第一篇：固定管板式換熱器專業(yè)譯文

固定管板式換熱器的概述

換熱器按照結(jié)構(gòu)形式可分為：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器；U形管換熱器；填料函式換熱器。

固定管板式換熱器由兩端管板和殼體構(gòu)成。由于其結(jié)構(gòu)簡單，運用比較廣泛。

固定管板式換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右，占總投資的30%-45%。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟效益。

結(jié)構(gòu)原理

固定管板式換熱器管程和殼程中，流過不同溫度的流體，通過熱交換完成換熱。當(dāng)兩流體的溫度差較大時，為了避免較高的溫差應(yīng)力，通常在殼程的適當(dāng)位置上，增加一個補償圈（膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。

一、固定管板式換熱器的構(gòu)成和特點

1、固定管板式換熱器的構(gòu)成

固定管板式換熱器由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成，其結(jié)構(gòu)較緊湊，排管較多，在相同直徑下面積較大，制造較簡單。

固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。

2、固定管板式換熱器的特點

固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

固定管板式換熱器的特點是： ①、旁路滲流較小

②、鍛件使用較少，造價低； ③、無內(nèi)漏；

④、傳熱面積比浮頭式換熱器大20%～30%。

3、固定管板式換熱器的缺點是：

①、殼體和管壁的溫差較大，殼體和管子壁溫差t≤50℃,當(dāng)t≥50℃時必須在殼 體上設(shè)置膨脹節(jié)；

②、易產(chǎn)生溫差力，管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞； ③、殼程無法機械清洗；

④、管子腐蝕后連同殼體報廢，設(shè)備壽命較低；

3、固定管板式換熱器的機械設(shè)計

固定管板式換熱器的機械設(shè)計除了最關(guān)鍵的換熱板片以外，還有兩塊墻板，我們稱為框架板和壓力板，框架板為外側(cè)不可活動的墻板，壓力板為換熱板片另一側(cè)的可用拉桿螺栓調(diào)整位置的墻板；數(shù)根拉桿螺栓，用來加緊框架板和壓力板；立柱；上下導(dǎo)桿，連接在框架板和立柱之間，用來支撐并給壓力板和換熱半片導(dǎo)向；框架板和立柱上可安裝底腳底腳，用于固定機器。除此以外，還可以有法蘭，過濾器，溫度計和壓力計等一系列附件。

換熱器的分類

二、間壁式換熱器的類型

夾套式換熱器 這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結(jié)構(gòu)簡單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻,可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施,以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補充傳熱面的不足,也可在釜內(nèi)部安裝蛇管.夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。

沉浸式蛇管換熱器 這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀,并沉浸在容器內(nèi)的液體中.蛇管換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制造;其缺點是容器內(nèi)液體湍動程度低,管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù),容器內(nèi)可安裝攪拌器。

噴淋式換熱器 這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動,冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下,故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜,管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作用.因此,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

套管式換熱器 套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中,一種流體走管內(nèi),另一種流體走環(huán)隙,兩者皆可得到較高的流速,故傳熱系數(shù)較大.另外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對數(shù)平均推動力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單,能承受高壓,應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目).特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點,在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。

板式換熱器 最典型的間壁式換熱器,它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。主體結(jié)構(gòu)由換熱板片以及板間的膠條組成。長期在市場占據(jù)主導(dǎo)地位，但是其體積大，換熱效率低，更換膠條價格昂貴（膠條的更換費用大約占整個過程的1/3-1/2）.主要應(yīng)用于液體-液體之間的換熱，行業(yè)內(nèi)常稱為水水換熱，其換熱效率在5000w/m2.K。

為提高管外流體給熱系數(shù),通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者應(yīng)用更為廣泛.。

目前，由于我國新版GMP的推出，板式換熱將逐漸退出食品，飲料，制藥等衛(wèi)生級別高的行業(yè)。

管殼式換熱器 管殼式(又稱列管式)換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平行管束或者螺旋管，,管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管子的型號不一，過程一般為直徑16mm 20mm或者25mm三個型號，管壁厚度一般為1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。進口換熱器，直徑最低可以到8mm，壁厚僅為0.6mm。大大提高了換熱效率，今年來也在國內(nèi)市場逐漸推廣開來。管殼式換熱器，螺旋管束設(shè)計，可以最大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內(nèi)部殼層和管層的不對稱設(shè)計，最大可以達到4.6倍。這種不對稱設(shè)計，決定其在汽-水換熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。最大換熱效率可以達到14000w/m2.k，大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。

同時，由于管殼式換熱器多為金屬結(jié)構(gòu)，隨著我國新版GMP的推出，不銹鋼316L為主體的換熱器，將成為飲料，食品，以及制藥行業(yè)的必選。

雙管板換熱器 也稱P型換熱器，是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管板，可以有效防止泄漏造成的污染?，F(xiàn)在國產(chǎn)品牌較少，價格昂貴，一般在10萬元以上，進口可以到幾十萬。符合新版GMP規(guī)定，雖價格昂貴，但決定其市場廣闊。

混合式換熱器 混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。

按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：(1)冷卻塔(或稱冷水塔)在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。

(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)

在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多?？照{(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用!(3)噴射式熱交換器

在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶。

(4)混合式冷凝器

這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。

蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。

蓄熱式換熱器一般用于對介質(zhì)混合要求比較低的場合。陶瓷換熱器 陶瓷換熱器是一種新型的列管式高溫?zé)崮芑厥昭b置，主要成份為碳化硅，可以廣泛用于冶金、機械、建材、化工等行業(yè)，直接回收各種工業(yè)窯爐排放的850－1400℃高溫?zé)煔庥酂?，以獲得高溫助燃空氣或工藝氣體。

研制成的這種裝置的換熱元件材料系一種新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高溫和抗熱沖擊的優(yōu)異性能，從 1000 ℃ 風(fēng)冷至室溫，反復(fù)50 次以上不出現(xiàn)裂紋；導(dǎo)熱系數(shù)與不銹鋼等同；在氧化性和酸性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。在結(jié)構(gòu)上成功地解決了熱補償和較好地解決了氣體密封問題。該裝置傳熱效率高，節(jié)能效果顯著，用以預(yù)熱助燃空氣或加熱某些過程的工藝氣體，可節(jié)約一次能源，燃料節(jié)約率可達30 %－55%，并可強化工藝過程，顯著提高生產(chǎn)能力。

陶瓷換熱器的生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同，導(dǎo)熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng)用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風(fēng)及高溫保護，當(dāng)窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應(yīng)是1000-1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，這樣直接降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟效益。

陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題。它的主要優(yōu)點是：導(dǎo)熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。

發(fā)展歷史

板式換熱器 二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。板面式換熱器 60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。

換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類?；旌鲜綋Q熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。

蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦爐下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。

間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。

間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器等。

換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小。

在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費，后者可節(jié)省操作費，故在設(shè)計或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。

當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。

在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。

增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設(shè)計時應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。

一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。

譯文

Fixed tube sheet heat exchanger overview Heat exchanger according to the structure can be divided into: fixed tube sheet heat exchanger, the heat exchangers;U shape tube heat exchanger;stuffing box type heat exchanger.Fixed tube sheet heat exchanger by both the shell and tube sheet.Because of its simple structure, more extensive use.Fixed tube sheet heat exchanger is a kind of implementation of heat transfer between material of energy-saving equipment, is in the oil, chemical, petrochemical, metallurgical, power, light industry, food industry universal application of a process equipment.In oil refining, chemical equipment heat exchanger total equipment number about 40%, accounting for a total investment of 30%-45%.In recent years, with the development of energy saving technology, applied domain expands ceaselessly, use of heat exchanger in high temperature and low temperature heat recovery to bring significant economic benefits.Structure principle Fixed tube sheet heat exchanger tube side and a shell side, flowing of fluid with different temperature, heat transfer through the heat exchange is completed.When the two fluid temperature difference larger, in order to avoid high temperature stress, usually in the proper position on the shell, a compensation coil(expansion joint).When the shell and tube bundle heat expansion at the same time, compensation ring slow elastic deformation to compensate for the temperature stress caused by thermal expansion.One, fixed tube sheet heat exchanger structure and characteristics 1, fixed tube sheet heat exchanger.Fixed tube sheet heat exchanger is composed of a tube box, shell, tube sheet, pipe and other parts, the structure is compact, exhaust pipe is more, in the same diameter larger, manufacture is simple.Fixed tube sheet heat exchanger structure is arranged in a shell tube, both ends of the pipe bundle by welding or expansion method will pipe fixed on the tube plate, both ends of the tube plate and shell are welded together, shell import and export pipe is directly welded on a casing, pipe plate outer circumference and the cover flange bolts the import and export of pipe, tube and head directly welded together, the tube bundle heat exchanger tube length according to a plurality of baffle.This kind of heat exchanger tubes can be divided into any number of partition process.In 2, the characteristics of fixed tube sheet heat exchanger Fixed tube sheet heat exchanger has the advantages of simple structure, low manufacturing cost, convenient cleaning pipe, tube can be divided into a plurality of process, the shell can be divided into two, wide range of specifications, it is widely used in engineering.Shell cleaning difficulties, for dirty or corrosive medium is used.When the expansion difference is bigger, can be arranged in the casing expansion joint, due to reduced pipe, shell and the thermal stress caused by temperature difference.Fixed tube sheet heat exchanger is characterized by: The smaller, bypass seepage II, forgings use less, low cost;Thirdly, no inner leakage;The heat transfer area ratio, heat exchangers 20% ~ 30%.In 3, the disadvantage is the fixed tube sheet heat exchanger: First, shell and tube wall temperature difference, shell and tube wall temperature is t = 50 C, when t > = 50 DEG C must be in the shell body setting expansion joint;The difference in temperature, easy to produce, the tube plate and the tube head is easy to produce thermal stress damage;The shell can not, mechanical cleaning;The pipe corrosion, together with the shell scrap, the service life of the equipment is low;In 3, the mechanical design of fixed tube sheet heat exchanger Fixed tube sheet heat exchanger design except for the most critical heat exchanger plate outside, still have two sides, we called the frame plate and the pressure plate frame plate, lateral not movable wall plate, pressure plate heat exchanger plate on the other side of the tie rod bolt to adjust the position of the wall panels can be used;a plurality of tie rod bolt, used to intensify the frame plate and the pressure plate;column;the upper and lower guide rod, connection on the frame plate and between the uprights, used to support and to the pressure plate and the heat transfer piece guide;the frame plate and the upright post can be installed on the bottom of the soles of their feet, used for fastening machine.In addition, can also have a flange, filter, a thermometer and a pressure gauge and a series of accessories.Heat exchanger classification In two, dividing wall type heat exchanger type Jacket type heat exchanger of the exchanger is arranged in the outer wall of the container jacket made of simple structure;however, the heating surface by the container wall, heat transfer coefficient is not high.In order to improve the heat transfer coefficient and the kettle liquid is heated evenly, the kettle stirrer.When the jacket cooling water is injected into or no phase change heating agent, also in the clamping sleeve arranged helical baffles or other additional turbulent measures, in order to improve the jacket side heat transfer coefficient heat transfer surface.As a complement deficiency, also can be in the interior of the autoclave fitted snake tube.A clamping sleeve type heat exchanger used in the reaction process of heating and cooling.Submerged coil heat exchanger in this heat exchanger is the metal pipe winding into various and container which is adapted to the shape, and immersed in a liquid contained within the container.The snake tube heat exchanger has the advantages of simple structure, can bear high pressure, corrosion-resistant materials available;the disadvantage is that the liquid in the container turbulent degree low, outer tube heat transfer coefficient is small.To enhance the heat transfer coefficient, the inner container may be mounted stirrer.Spray type heat exchanger this heat exchanger is the heat exchange tube rows over the steel frame, the hot fluid flows in tube, the cooling water from the top shower shower uniformly, so called spray type cooler.Spray type heat exchanger tube is a layer of turbulent degree higher liquid membrane, outer tube heat transfer coefficient more immersive increases a lot.In addition, the heat exchanger is placed in the air flow, cooling water evaporation also take part of heat, can rise to reduce the temperature of cooling water, thereby increasing the heat transfer impetus role.Therefore, and immersion, spray type heat exchanger of heat transfer effect is greatly improved.Sleeve type heat exchanger tube type heat exchanger is composed of different diameter tubes made of concentric sleeves, and by U shaped elbow connected.In this heat exchanger, a fluid inside the tube, another kind of fluid go ring gap, both can get a higher flow rate, the heat transfer coefficient.In addition, in the casing heat exchanger, two kinds of fluid for pure countercurrent, logarithmic mean driving force of the larger.Casing heat exchanger has the advantages of simple structure, can withstand the high pressure, the application is convenient(may need to increase or decrease the number of tube sections).Especially due to casing heat exchanger at the same time with a large heat transfer coefficient, heat transfer of large driving force and can bear high pressure and strong advantages, in the super high pressure process(such as operating pressure of 3000 high pressure polyethylene production process)used in the heat exchanger is almost entirely sleeve type.Plate heat exchanger is the most typical shell-and-tube heat exchangers, its application in the industry has a long history, and is still in the dominant position in all heat exchanger.The main structure comprises a heat exchanger plate and plate between the adhesive tape.In the long-term market dominant position, but the large volume, low heat exchange efficiency, to replace the rubber strip is expensive(tape replacement costs about the process of 1 / 3-1 / 2).Mainly used in liquidwater heat exchanger applications.The maximum heat exchange efficiency can reach 14000W / m2.k, greatly improve the production efficiency, save cost.At the same time, as a result of shell and tube heat exchanger for the metal structure, with China's version of the GMP launch, 316L stainless steel as the main heat exchanger, will become the beverage, food, and the pharmaceutical industry to choose.Double tube plate heat exchanger is also known as P type heat exchanger, in shell and tube heat exchanger at each plus a tube plate, can effectively prevent the pollution caused by leakage.Homebred now brand less, expensive, general in 100000 yuan of above, can be imported to hundreds of thousands of.Compatible with the new version of GMP, although expensive, but the market is broad.Mixed type heat exchanger of mixing heat exchanger is to rely on the cold, hot fluid direct contact heat, the heat transfer mode avoids the heat transfer wall sides and fouling resistance, as long as the fluid contact between the case is good, there is a large heat transfer rate.Therefore he that allows fluid mixed with each other occasions, can adopt the hybrid heat exchanger, such as gas washing and cooling, the cooling circulating water, steam-water mixing between the heating, steam condensation etc.It is applied widely in chemical and metallurgical industry, power engineering, air conditioning engineering and many other production branch.According to different purposes, the mixed type heat exchanger is divided into the following several different types:(1)cooling tower(or cold water tower)In such a device with natural ventilation, or mechanical ventilation methods, production already raises the temperature of the water cooling after recycling use, in order to raise systematic economic benefits.For example, thermal power plant and nuclear power plant circulating water in ammonia production, such as cooling water, cooling tower cooling by water after the recycling use, this method in the actual project has been widely used.(2)the gas washing tower(or tower)In industry to use this device to washing gas have a variety of purposes, such as using liquid absorption gas mixture of some components, in addition to the net gas in the dust, gas, wet or dry.But its most extensive use is a cooling gas, and the cooling liquid used mostly to water.Air conditioning engineering is widely used in the spray chamber, can be regarded as a special form of it.Spray chamber not only can like gas washing tower for air cooling, but also can carry on the heating treatment.However, it also has the high water quality requirements, large occupation area, such as the shortcomings of many pump energy consumption: so, present in the general construction, the spray chamber is not usually used or only as humidification equipment use.However, in order to regulate the humidity for the primary purpose of the textile factory, cigarette factory is still widely used!(3)jet heat exchanger In this device, the high pressure fluid from the nozzle, forming a high velocity, low pressure fluid is introduced into the mixing chamber and jet direct contact heat transfer, and feeding into a diffusion tube, the diffusion tube exit to achieve the same pressure and temperature to the user.(4)mixing condenser The device is usually the water and steam in direct contact method to make steam condensate.The regenerative heat exchanger heat storage type heat exchanger used for regenerative heat exchange equipment.With solid filler, used to store heat.General refractory brick brick fire plaid(sometimes with metal wave band).Heat transfer in two stages.The first stage, the hot gas through the lattice, the heat is transferred to the fire and save up lattice.The second stage, cold gas through the lattice, lattice savings by fire heat emitted by heating.The two phase alternating.Usually with two regenerator used alternately, whereby when the hot gas into a reactor, cold gas into another device.Commonly used in the metallurgical industry, such as the open hearth furnace regenerator.Also used in chemical industry, such as gas furnace air preheater or combustion chamber, synthetic oil plants in the heat accumulating type cracking furnace.The regenerative heat exchanger is generally used on medium mixed with low requirements.Ceramic ceramic heat exchanger heat exchanger is a kind of new type high temperature heat energy recovery device, main component is silicon carbide, can be widely used in metallurgy, machinery, building materials, chemical industry, recycling all kinds of industrial furnace directly discharged 8501400 high temperature flue gas waste heat, in order to obtain high temperature combustion air or gas.Research into the device to the heat transfer element material is a new type silicon carbide ceramic works, it is resistant to high temperature and thermal shock performance, from 1000 degrees C air cooled to room temperature, repeated 50 times over the cracks do not occur;coefficient of thermal conductivity and stainless steel equal;in oxidative and acidic medium has good corrosion resistance.The structure solves successfully the thermal compensation and can solve the problem of gas sealing.The device has high heat transfer efficiency, obvious energy saving effect, is used to preheat the combustion air or heating some process gas, can save energy, fuel saving rate up to 30 %55%, and strengthen the process, significantly improving production capacity of.Ceramic heat exchanger production technology and kiln production process is basically the same, thermal conductivity and oxidation resistance is the main application properties of materials.It is the principle of the ceramic heat exchanger placed in the flue outlet is near, high temperature areas, without the need for mixing cold and heat protection, when the furnace temperature 1250-1450 C, a flue outlet temperature shall be 1000-1300 C, ceramic heat exchanger heat recovery can reach 450-750 C, to be recycled into the hot air in the kiln with gas formation of mixed gas combustion, so to reduce production costs, increase economic benefits.Ceramic heat exchanger in metal heat exchangers using constraints to get very good development, because it is better to solve the corrosion resistance, high temperature resistance and other topics.Its main advantages are: good thermal conductivity, high temperature strength, good thermal shock resistance, oxidation resistance.Long service life, small amount of repair, stable and reliable performance, simple operation.Development history Plate heat exchanger plate heat exchanger in twentieth Century 20 time appear, and the application in food industry.Escrow to board made of heat exchanger, and has the advantages of compact structure, good heat transfer effect, thus gradually developed into a variety of forms.At the beginning of 30 time, the first Swedish made of spiral plate heat exchanger.Then the brazing method creates a composed of copper and its alloy material of plate fin heat exchanger, used in aircraft engine cooling.At the end of the 30's, Sweden also built the first plate shell type heat exchanger, used for pulp factory.During this period, in order to solve the strong corrosive medium heat transfer problem, the new material made of heat exchanger began to pay attention to.Plate type heat exchanger 60 time around, because the rapid development of space technology and cutting-edge science, urgent need of various energy efficient compact heat exchanger, plus the stamping, soldering and sealing technology development, heat exchanger manufacturing technology has been further improved, so as to promote compact plate type heat exchanger and the vigorous development of broad application.In addition, since the beginning of 60's, in order to adapt to the high temperature and high pressure conditions of heat transfer and energy conservation needs, typical of the shell and tube type heat exchanger has been further development.In 70 time metaphase, in order to enhance heat transfer, in research and development of heat pipe on the basis of creating a heat pipe type heat exchanger.Heat exchanger according to the mode of heat transfer can be divided into different hybrid, regenerative and wall type three class.Mixed type heat exchanger is through the cold, hot fluid, mixed direct contact heat exchange heat exchanger, also called contact type heat exchanger.Due to the two fluid mixing heat exchange must be timely separated, this kind of heat exchanger is suitable for gas, the liquid between the two fluid heat exchanger.For example, chemical plant and power plant in cold water tower, water from top to bottom spray, and the cold air from the

第二篇：固定管板式換熱器金屬壁溫取值探析

固定管板式換熱器金屬壁溫取值探析

摘 要 固定式管板換熱器金屬壁溫的選取對管板強度計算非常重要，由于工程實際中介質(zhì)成份往往很復(fù)雜，計算中許多參數(shù)難以精確確定。為使計算過程變得簡單易行且安全合理，本文根據(jù)多年來大量工作實踐，對GB151中附錄F計算過程進行簡化。

關(guān)鍵詞 固定管板；換熱器；金屬壁溫

中圖分類號：TQ051 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2015）04-0201-02

固定管板式換熱器計算中，管殼程金屬壁溫值對換熱器殼體軸向應(yīng)力σc、換熱管軸向應(yīng)力σt及換熱管與管板之間的拉脫應(yīng)力q等影響較大。設(shè)計此類換熱器時，需慎重選擇金屬壁溫。通常情況，工藝專業(yè)可通過相關(guān)軟件計算出金屬壁溫，我們也可以根據(jù)GB151中附錄F進行計算得出。實際工程中由于化工物料繁多，且不以單獨介質(zhì)存在，介質(zhì)參數(shù)并不能很好確定。因此，有必要對附錄F中的計算過程進一步簡化，最大程度保證換熱器設(shè)計的安全。金屬壁溫與管板應(yīng)力的關(guān)系。

固定管板式換熱器計算過程中，金屬壁溫是通過換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差γ=αt（tt-to）-αs（ts-to）對應(yīng)力加以影響的，單獨的管程或殼程自由變形并不產(chǎn)生任何影響。計溫差應(yīng)力情況下各種危險應(yīng)力均通過有效壓力組合Pa=∑sPs-∑tPt+γβEt導(dǎo)出。根據(jù)彈性變形原理，應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系，可認為換熱器中各類危險應(yīng)力與變形差的關(guān)系近似為一次線性關(guān)系，即σmax∝γ。

GB151中關(guān)于溫差應(yīng)力對換熱器的影響分兩類情況進行計算，第一類僅考慮了管殼程危險壓力組合，沒有考慮溫差應(yīng)力；第二類不僅考慮了管殼程危險壓力組合，還增加了溫差應(yīng)力的影響。當(dāng)我們選取了一個熱膨脹變形差|γmax|，通過計算換熱器合格，即γ=0或者γ=|γmax|時，換熱器都合格。根據(jù)σmax∝γ可以推出，換熱器實際操作中，變形差0≤γ≤γmax（當(dāng)γmax≥0）或γmax≤γ≤0（當(dāng)γmax≤0）都應(yīng)該滿足要求。流體的平均溫度

GB151附錄F中流體的平均溫度并不是完全選取介質(zhì)進出口溫度的平均值，根據(jù)介質(zhì)流動狀態(tài)分兩種情況（所有符號按附錄F）。

液體的平均溫度（過渡流及湍流階段）

Tm=0.4Ti+0.6To（F6）

tm=0.4to+0.6ti（F7）

液體（層流階段）和氣體的平均溫度

Tm=0.5Ti+0.5To（F8）

tm=0.5to+0.5ti（F9）

液體的流動狀態(tài)可以根據(jù)雷諾系數(shù)（d為定性尺寸，管程取換熱管內(nèi)徑，殼程取換熱管外徑）確定。當(dāng)Re<2300，為層流狀態(tài)，其余情況為過渡流及湍流階段。當(dāng)介質(zhì)發(fā)生相變時，由于對流給熱系數(shù)一般較大，相當(dāng)湍流階段，按公式F6，F(xiàn)7選取比較合適。

實際操作中，由于各類參數(shù)的缺失，對換熱器介質(zhì)的流動狀態(tài)并不能確定。此類情況下，出于安全考慮，我們應(yīng)當(dāng)選取能體現(xiàn)最大正膨脹變形差或者最大負膨脹變形差的相關(guān)公式。根據(jù)γ數(shù)值大小與管殼程材料有關(guān)，下面分兩種情況進行說明。一是管殼程材料相同時，即材料線性膨脹系數(shù)相同，則γ=αt（ts-tt）=αs（ts-tt）。無論溫差多少，換熱器只會存在單一的正膨脹或者單一的負膨脹，則可選取體現(xiàn)溫差最大者，即熱流體平均溫度按公式F8，冷流體平均溫度按公式F7。二是管殼程材料不同（例如：換熱管為不銹鋼，殼程為碳鋼或低合金鋼），因奧氏體鋼線膨脹系數(shù)較碳鋼或低合金鋼大很多，當(dāng)金屬溫度偏高者（一般為熱流體側(cè)）為碳鋼而另外一側(cè)為不銹鋼時，則應(yīng)該考慮兩種情況：①冷熱流體溫差最大的情況，即熱流體側(cè)平均溫度按公式F8，冷流體側(cè)平均溫度按公式F7；②冷熱流體溫度差最小的情況，即熱流體側(cè)平均溫度按公式F6，冷流體側(cè)平均按公式F9。對流給熱系數(shù)

換熱器金屬溫度的計算難點在于對流給熱系數(shù)的確定?！痘ぴ怼分辛谐隽藥追N情況的計算方法（本文略），主要分無相變流體和有相變流體兩種。換熱器管殼程介質(zhì)有時候并不是單一流體，而混合溶液的物性參數(shù)卻無從查詢。對流傳熱過程是指由于密度差或者外力的作用產(chǎn)生流動，從而與壁面進行熱量傳遞。根據(jù)這一機理，混合溶液的對流傳熱系數(shù)應(yīng)該為各組分對流傳熱系數(shù)與質(zhì)量分數(shù)的乘積之和，即：。

在實際操作中，由于物性參數(shù)的缺失，導(dǎo)致對流給熱系數(shù)無法計算，下表列出了幾種對流傳熱條件下，對流傳熱系數(shù)的大致范圍，以作參考。

傳熱方式 對流傳熱系數(shù) W/（?O?℃）

空氣自然對流 5 ～ 25

氣體強制對流 20 ～ 100

水的自然對流 200 ～1000

水的強制對流 1000 ～ 15000

油類的強制對流 50 ～ 1500

水蒸氣的冷凝 5000 ～ 15000

有機蒸汽的冷凝 500 ～ 2000

水的沸騰 2500 ～ 25000

壁溫計算

4.1 換熱管壁溫的計算

根據(jù)GB151附錄F，壁溫計算公式為：

當(dāng)介質(zhì)參數(shù)缺失時，需要對各類參數(shù)進行估算，以保證設(shè)備設(shè)計的安全。

當(dāng)管殼程材料相同時，或材料不同但金屬溫度偏高者為不銹鋼時，取管殼程溫差最大值即能保證設(shè)計安全。當(dāng)管程為熱流體時，則、選小值，、選大值；當(dāng)管程為冷流體時，則、盡量選大值，、盡量選小值。

當(dāng)金屬溫度偏高者（一般為熱流體側(cè)）為碳鋼而另一側(cè)為不銹鋼，設(shè)備計算結(jié)果有可能存在正膨脹變形差或者負膨脹變形差兩種情況，因此需按下表取相關(guān)參數(shù)進行計算。

管程為熱流體 管程為冷流體

溫差最大時 溫差最小時 溫差最大時 溫差最小時、小值 大值 大值 小值

、大值 小值 小值 大值

4.2 殼程壁溫的計算

圓筒外部有良好的保溫，或殼程流體溫度接近環(huán)境溫度，或傳熱條件使得圓筒壁溫接近介質(zhì)溫時，殼體壁溫取殼程流體的平均溫度。

其它情況下，殼程壁溫計算方法與管程相同，只不過殼程兩側(cè)的介質(zhì)改為殼程介質(zhì)和做自然對流的空氣。工程實際中估算及誤差

工程實際應(yīng)用中遇到的絕大多數(shù)固定管板換熱器為冷凝器和再沸器（主要為塔設(shè)備釜液分離用），現(xiàn)舉例如下（由于篇幅所限本文略去金屬壁溫實值計算過程）：

例1 有一固定管板換熱器（管殼程保溫良好），殼程進、出口溫度Ti=80℃，To=65℃介質(zhì)為熱水；管程進、出口溫度ti=40.88℃，to=40.91℃介質(zhì)為丁二烯，殼體材料Q245R，換熱管材料20。金屬壁溫估算取值為：殼程Th=（80+65）/2=72.5℃，管程tc=（40.88+40.91）/2=40.9℃。根據(jù)工藝數(shù)據(jù)計算實值：殼程Th=71℃，管程tc=56℃。顯然估算值是安全的。經(jīng)SW6軟件計算，金屬壁溫估算值與實值對應(yīng)應(yīng)力結(jié)果相差

很小。

例2 有一固定管板再沸器（管殼程保溫良好），殼程進、出口溫度Ti=170℃，To=170℃介質(zhì)為過熱蒸汽；管程進、出口溫度ti=95℃，to=105℃介質(zhì)為有機水溶液，殼體材料Q245R，換熱管材料S30408。金屬壁溫估算取值為：殼程Th=170℃，管程tc=（95+105）/2=100℃。根據(jù)工藝數(shù)據(jù)計算實值：殼程Th=170℃，管程tc=130℃。因管殼程材料不同，經(jīng)SW6軟件計算，壁溫估算值與實值對應(yīng)應(yīng)力結(jié)果相差很大。前者殼程不加膨脹節(jié)能設(shè)計出合格管板，而后者換熱管軸向應(yīng)力失穩(wěn)，需加膨脹節(jié)才能設(shè)計出合格管板，顯然估算值是不安全的。

例3 有一固定管板冷凝器（管殼程保溫良好），殼程進、出口溫度ti=32℃，to=40.31℃介質(zhì)為循環(huán)水；管程進、出口溫度Ti=130℃，To=80℃介質(zhì)為廢水，殼體材料Q245R，換熱管材料S30408。金屬壁溫估算取值為：殼程tc=（32+40.31）/2=36.155℃，管程tc=（130+80）/2=105℃。根據(jù)工藝數(shù)據(jù)計算實值：殼程tc=36.17℃，管程Th=45.42℃。因管殼程材料不同，經(jīng)SW6軟件計算，壁溫估算值與實值對應(yīng)應(yīng)力結(jié)果相差很大。前者換熱管軸向應(yīng)力失穩(wěn)，需加膨脹節(jié)才能設(shè)計出合格管板，而后者不加膨脹節(jié)能設(shè)計出合格管板，顯然估算值偏安全造成浪費。結(jié)論

在設(shè)計固定管板換熱器時，無論冷熱流體位于管內(nèi)或管外側(cè)，當(dāng)管殼程材料相同時，金屬壁溫可采取進出口流體溫度簡單算術(shù)平均值進行估算，結(jié)果是安全可靠的。當(dāng)管殼程材料不同時，金屬壁溫采取進出口流體溫度簡單算術(shù)平均值進行估算，其結(jié)果有可能不安全或造成浪費，需根據(jù)本文第4條估算換熱管壁溫。

第三篇：胃管固定（范文）

為了強化優(yōu)質(zhì)護理服務(wù)，構(gòu)建良好的護患關(guān)系，提高患者滿意度，胸外科的護士在工作中認真聽取病人的意見，實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，并根據(jù)反饋意見采取可持續(xù)改進措施。

留置胃管是臨床上用的一項護理技術(shù)，常規(guī)的胃管固定方法是鼻翼兩側(cè)及面頰部用膠布交叉固定?？稍趯嶋H工作中發(fā)現(xiàn)，因膠布與皮膚之間的縫隙，隨著病人翻身或活動時，固定效果不理想，容易導(dǎo)致胃管滑出，而且面部多次用膠布固定，膠布痕跡影響了患者的面部形象，增加了患者的痛苦，頻繁更換膠布，增加了護士的工作量。怎樣才能美觀、穩(wěn)妥的固定胃管？帶著這樣的問題，全體護士集思廣益，翻閱學(xué)習(xí)資料文獻，通過三個多月的臨床實踐，終于找到了一種較好的固定方法。傳統(tǒng)固定法： 加強固定法：

改進固定法：

胃管改進固定法的運用提高的病人的舒適度，得到了病人及家屬的一致好評，而且布膠布廉價耐用，鼻部出汗反而會越來越牢實。還可以根據(jù)病人管道所需裁剪成不同的樣式，可以固定單管（胃管）、雙管（胃管及十二指腸營養(yǎng)管）。

第四篇：固定管板換熱設(shè)備之膨脹節(jié)

帶膨脹節(jié)固定管板式換熱器

一、固定管板式換熱器的概述

固定管板換熱器管束連接在管板上，管板與殼體焊接，如下圖所示。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便。管束與殼體的壁溫相差較大時，為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置膨脹節(jié)來吸收熱膨脹差。

二、固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)

三、固定管板式換熱器的特點

1、固定管板式換熱器的優(yōu)點

（1）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%-30%。（2）旁路漏流較小。

（3）鍛件使用較少，成本低20%以上。（4）沒有內(nèi)漏。

2、固定管板式換熱器的缺點

（1）売體和管子壁溫差一般易小于等于50℃,大于50℃時應(yīng)在売體上設(shè)置膨脹節(jié)。

（2）管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞。（3）売程無法機械清洗。

（4）管子腐蝕后造成連同売體報廢,売體部件壽命決定管子壽命，故設(shè)備壽命相對較低。

四、固定管板式換熱器的應(yīng)用

1、需要少用接頭的場合。

2、溫度條件對熱應(yīng)力不成為問題。

3、殼側(cè)流體清潔，無需移動管束。

6、膨脹節(jié)

焊接在固定管板式換熱器殼體上的膨脹節(jié)軸向柔度大、容易變形，可補償管子和殼體因壁溫不同產(chǎn)生的熱膨脹差，降低它們的軸向載荷，從而減小管子、管板和殼體的溫差應(yīng)力，避免引起強度破壞、失穩(wěn)破壞和管子拉脫破壞。膨脹節(jié)的種類較多，常用的有波形、平板和Ω形等結(jié)構(gòu)，其中波形膨脹節(jié)應(yīng)用最廣泛。

第五篇：固定管板換熱器優(yōu)化設(shè)計分析論文

一、引言

換熱設(shè)備是核電、化工、石油及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的設(shè)備，其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適用性，至今仍占據(jù)主導(dǎo)地位。在固定管板換熱器中，殼體，管板和換熱管之間為剛性連接，在各種載荷作用下的變形必須互相協(xié)調(diào)。本文采用有限元分析的方法，計算固定管板換熱器在內(nèi)壓和溫度載荷耦合場的作用下，其管板所受的應(yīng)力，并分別計算了不同厚度的管板所受的應(yīng)力，以獲得管板厚度與應(yīng)力的關(guān)系。

二、工作條件與結(jié)構(gòu)

本文以核電廠的某冷卻器為例，該換熱器為固定管板式換熱器，殼體為Ф219.1×4mm，換熱管為Ф19×2mm，正三角形排列，管板上共布了26根管子，管板厚度為30mm，殼體厚度為4mm，殼側(cè)材料為022Cr19Ni10，管側(cè)材料為022Cr17Ni12Mo2。換熱器的設(shè)計參數(shù)如下:設(shè)計壓力:管程pt=0.66MPa，殼程ps=0.5MPa;設(shè)計溫度:管程進出口溫度為20℃～70℃，殼程流體發(fā)生相變，進出口溫度均為138.8℃。材料的彈性模量為E=2.1×105MPa，泊松比為ν=0.3。換熱管與管板的連接采用脹焊并用的方法，焊接后進行脹接。在之前的工程中出現(xiàn)過該換熱器由于工廠工藝限制，無法滿足換熱器的管子和管板之間拉脫力的要求，為此工廠不斷提高脹接壓力試圖達到所需的拉脫力。隨著脹接力的增加，殘余接觸應(yīng)力的峰值也會增加，使換熱管在脹管區(qū)和非脹管區(qū)的應(yīng)力都不斷增加，令管板內(nèi)的換熱管發(fā)生開裂，并且制造廠在提高脹接壓力后發(fā)現(xiàn)換熱管的壁厚減薄率超出適用范圍，無法滿足設(shè)計需求，最后只能通過增加脹接距離的方法來提高拉脫力，但在非脹管區(qū)進行脹接需要工廠操作控制得當(dāng)，否則容易損壞焊縫，因此不推薦該做法。通過經(jīng)驗反饋，吸取以往的工程經(jīng)驗，將本換熱器重新進行優(yōu)化設(shè)計，考慮將管板的厚度增加，以滿足拉脫力的要求。理論上增加管板的厚度相當(dāng)于加強其剛度，是降低應(yīng)力的一個措施，到底是不是這樣還需要計算所得，通過有限元分析來獲取一個合適的管板厚度。因此接下來利用ANSYS熱結(jié)構(gòu)耦合場分析方法對管板進行分析。

三、有限元建模

以厚度為45mm的管板為模型，利用熱工計算出的換熱參數(shù)，對換熱器進行溫度場分析，完成熱分析后，再施加結(jié)構(gòu)載荷再通過耦合場分析，獲得管板的應(yīng)力，分別計算不同厚度的管板其應(yīng)力的大小來獲得管板厚度與應(yīng)力的關(guān)系，來選擇最合適的管板厚度。(一)載荷與邊界條件。為了提高計算的精度，真實模擬換熱管與管板連接處各個部件的應(yīng)力狀態(tài)，管箱、管板、換熱管和殼體均采用實體單元，為減少計算量，利用對稱功能將其簡化為1/4的實體分析模型，在殼側(cè)只保留一部分的外伸換熱管和殼體，外伸長度，設(shè)置材料參數(shù)屬性，并對其進行網(wǎng)格劃分，(二)熱分析施加載荷與邊界條件。熱分析過程中，只為模型添加熱載荷，不需添加力邊界條件。首先為模型添加對流傳熱方式，設(shè)置換熱器內(nèi)部流體與換熱器壁面為對流邊界，根據(jù)熱工計算結(jié)果，分別輸入殼程和管程的對流傳熱系數(shù)11432.1W/m2℃與2407.1W/m2℃，對換熱管的外表面、殼程筒體內(nèi)表面和管板殼側(cè)表面施加138.8℃的溫度載荷，并對換熱管的內(nèi)表面、管箱內(nèi)表面和管板管程表面施加20℃的溫度載荷。(三)結(jié)構(gòu)分析模型載荷與邊界條件。在熱分析后進行結(jié)構(gòu)分析，此時在換熱器的殼側(cè)和管側(cè)施加相應(yīng)的壓力載荷;壓力載荷施加完成后再將熱分析得到的溫度分析結(jié)果作為載荷加載到模型上。力邊界條件為，在換熱器的對稱面上施加位移約束。

四、計算結(jié)果

(一)熱分析結(jié)果。為換熱器的溫度場分布云圖，通過熱分析可清楚看出換熱器在正常工況下各處的溫度分布情況?？梢姎んw和管側(cè)筒體的溫度分布較為均勻，管板與殼側(cè)筒體連接區(qū)域的溫度梯度較大。最大應(yīng)力發(fā)生在管板與殼體連接的地方，靠近底部;分析原因，一是管板與殼體連接處溫度變化劇烈，從高溫急劇變化到低溫，該區(qū)域存在較大的溫差，于是受到的應(yīng)力急劇增大;二是殼體與管板的厚度相差較大，造成了連接處的不連續(xù)性，形成了局部的應(yīng)力集中;三是管板材料為022Cr17Ni12Mo2，殼體材料為022Cr19Ni10，兩種不同的材料性能存在差異。(二)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果。結(jié)構(gòu)分析時，將熱分析的結(jié)果導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)分析模塊中，溫度場分析所得的節(jié)點溫度作為載荷施加到模型上，同時施加力邊界條件，可見最大應(yīng)力值發(fā)生在管板與管程筒體的連接處，其他較大應(yīng)力的位置是殼程筒體與管板連接處和管板開孔的位置，這三個位置均為結(jié)構(gòu)不連續(xù)位置，因為得到的應(yīng)力較大。對其進行應(yīng)力線性化，對應(yīng)力進行評定，換熱器滿足工作要求，結(jié)構(gòu)安全可靠。(三)管板厚度對比分析。以上的分析是以管板厚度45mm為例，獲得換熱器所受的應(yīng)力，為了獲得不同管板厚度下?lián)Q熱器的應(yīng)力分布，本節(jié)分別選擇管板厚度為30mm，45mm和60mm對其進行熱分析與結(jié)構(gòu)分析應(yīng)力計算，可見當(dāng)管板的厚度達到一定值后，增加管板的厚度并未降低所受應(yīng)力，原因在于殼體壁厚較小(4mm)，兩者的剛度相差較大，換熱器結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力主要由管板和殼體之間的溫度載荷及內(nèi)壓引起，由于增加了管板的厚度，管板抵抗變形的剛度變大，對與之連接的殼體有較強的約束，形成局部的應(yīng)力集中。因此選擇管板厚度45mm是比較合適的。經(jīng)工廠驗證，在該脹接距離下脹接壓力不超過200MPa就可以達到所需的拉脫力，管子的壁厚減薄率也滿足要求。

五、結(jié)語

第一，殼側(cè)與管側(cè)的溫差較大，由于溫差的存在會形成較大的溫差應(yīng)力，因為溫度載荷對管板會造成較大的熱應(yīng)力，因此對溫差較大的換熱器進行結(jié)構(gòu)熱耦合分析非常必要。第二，在施加了熱載荷和力邊界條件后，發(fā)現(xiàn)最危險的區(qū)域沒有發(fā)生在管板上，而是發(fā)生管板與殼體的連接處，因該處結(jié)構(gòu)不連續(xù)，容易形成較大的應(yīng)力。第三，管板厚度的增加并不一定能降低應(yīng)力，管板的厚度需與殼體的厚度相匹配，以免造成局部的應(yīng)力集中。采用有限元分析的方法將溫度場和結(jié)構(gòu)分析相耦合，通過計算管板在壓力載荷和溫度載荷聯(lián)合作用下的應(yīng)力，優(yōu)化了管板的厚度，使其既滿足了拉脫力的要求又滿足了經(jīng)濟性要求，為管板強度的設(shè)計提供了借鑒。

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