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管壳式换热器的构成特征与标准制定

文章出处:缠绕管式换热器厂家 人气:发表时间:2019-05-30 16:04

管壳式换热器是换热器中很常见的一种,它以管壁为传热面,从而将热量传输到另一物体或设备上,在石油化工和轻工能源等行业有着广泛的应用。那么它的结构与特征是什么呢?在参数标准制定的时候是怎样的呢?下面我们就“管壳式换热器的构成特征与标准制定”来详细了解下。

 

 

【管壳式换热器具有什么样的特点与结构】

 

管壳式换热器是化工、石油、轻工、能源等工业应用广泛的过程设备之一,它具有选材范围广,换热表面清洗较方便,适用性较强,处理能力大,能承受高温和高压等特点。

 

 

管壳式换热器的结构设计主要依据是GB151[1],GB151 中关于换热器管板强度校核是根据弹性基础上薄板理论,在轴对称结构的条件下,将薄板的三维变形简化为二维梁式变形,由此来计算其强度的。而换热器壳体厚度的选择,主要是根据壳体所受到的壳程压力来确定。

 

换热器由于其工作特点,不仅有管程压力和壳程压力等载荷作用,而且还要受到工作介质的温度载荷作用。在GB151 中对压力载荷,给出了管板和壳体的尺寸选择,及固定管板兼作法兰的管板和壳体的连接方式。然而,对于在温度载荷作用下,这些尺寸却没有具体的说明要求。

 

通过一个管壳式换热器的强度校核,将载荷分类为压力载荷和温度载荷,来说明结构在这些载荷作用下的应力响应特点,进而提出该结构改进的意见。本文采用三维有限元的分析方法,来研究其内在规律。

 

换热器结构尺寸及载荷工况

 

BEM型换热器结构如图1 所示,管板上共有500 根换热管,分布在管板的上半部分,左右对称。结构尺寸和材料:管板内径:1300 mm;管板厚度:80mm;法兰外径:1460 mm;管板材料:00Cr19Ni10;壳体厚度:24mm。

 

为简化计算,在建立有限元模型时,只考虑换热器的管板、壳体、管束和膨胀节等主要结构,法兰垫片用等效的均布比压来代替。

 

由于整台换热器结构是前后左右对称,所以只取组合体的四分之一,换热管长度取一半。换热管是细长形状,所以用杆单元来模拟。这样的作法对管子附近的管板应力计算是不准确的,事实上,如果考虑换热管和管板的胀焊连接,该处的真实应力也很难计算。根据圣维南原理,这样处理对远处的非布管区管板的计算影响不大。

 

【管壳式换热器标准制定历史】

 

管板是管壳式换热器重要的受力元件之一,管板的设计合理与否直接关系到换热器的制造成本的高低及综合性能的优劣。管板的强度计算作为管板设计的关键一环,一直是许多国家相关部门的研究重点,管板强度的计算方法也在不断地发展和完善。

 

 

1975年以来,美国的ASME  VIII-I尝试给出适合各种管板类型的设计规范,在1983年板中给出U形管式换热器的简支和整体结构的管板计算方法,在1992年版中又加入了固定式换热器管板计算方法。法国压力容器规范CODAP于1986年出版的非规定附录里,给出了包括U形管式、浮头式、固定式换热器的管板计算方法。

 

多年来,主要工业国家都已有自己的管板设计计算公式或规定,如英国的BS 5500标准、美国的TEMA、日本工业标准JIS、捷克压力容器计算准则、管板计算公式及TEMA修正计算公式、前苏联的锅炉监察手册及联邦德国的AD规范等。

 

为促进承压设备在欧盟成员国内的自由贸易,2002年3月欧盟成员国正式表决通过了修改后的表尊EN13445,并于同年5月30日颁布了该标准版,并且要求,所有与此相抵触的欧盟成员国同类国家标准迟于2002年11月废弃。

 

EN13445适用于设计压力大于0.05MPa、材料为铁素体或奥氏体钢的非直接接触火焰压力容器,设计温度低于以钢材蠕变控制其许用应力强度的相应温度,但不适用于如移动式压力容器、失效后导致辐射影响的核设施上的压力容器、能产生110度以上过热水蒸汽的压力容器等承压设备。

 

对于管板的设计、EN13445中提出了两种方法,一种是传统方法,考虑内外压、几何尺寸等因素严格计算各种载荷状态引起的管板应力,并严格校核;另一种是极限分析方法,通过管板的极限分析,确定许用应力载荷。

 

以上关于“管壳式换热器具有什么样的特点与结构”和“管壳式换热器标准制定历史”的介绍,希望能让您了解“管壳式换热器”带来帮助。