多股流缠绕管式换热器管板的有限元分析.pdf

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1、第38卷第4期石油化工设备VoI．38No．42OO9年7月PETR()_CHEMICALEQUIPMENTJu1y2OO9，。+”+”+”+”+—”、：设计计算{k+．．+n+．+．+一十·文章编号：lOOO一7466(2oo9)O4～o023一O5多股流缠绕管式换热器管板的有限元分析陈永东，吴晓红，修维红，张中清李永泰(1．合肥通用机械研究院，安徽合肥23OO3】；2．国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽合肥23O031)摘要：缠绕管式换热器广泛应用于煤化工装置，因其结构的特殊性，国内标准规范没有对其管板

2、的设计计算方法做出规定。针对循环甲醇冷却器——一种典型的多股流缠绕管式换热器的管板在不同载荷条件下进行了有限元分析和应力评定，指出了有限元分析方法对于多股流缠绕管式换热器管板设计的经济性、实用性与安全性。关键词：换热器；管板；多股流；缠绕管；有限元中图分类号：TE965文献标志码：AFEAonTube_sheetOfaMulti—streamSpiralWOundHeatExchangerCHENY0nd0ng一，WUXia('-hOng，XIUWei-h0ng，ZHANGZh0n錾；-qing，LIYontai。(

3、1．HefeiGeneralMachineryResearchInstitute，Hefei23OO3l，China；2．NationalEngineeringResearchCenteronSafetyofPressureVesseIsandPipes，Hefei230031，China)Abstract：Spiralwoundheatexchangershavebeenwidelyusedincoalchemicalindustryplants．Iethodofcalculationfortube—sheetde

4、signhasnotbeenintroducedinourstandardsandspecifi—cationsbecausespiralwoundheatexchangerhasaspecia1structure．FiniteElementsAnalysisandstressassessmenthavebeencarriedoutontube—sheetofcyclingmethanolc0oler，atypicalmu1ti—streamspira1woundheatexchangerinvari0usloadc

5、onditions．TheviewpointthatFEAmethodhasitseconomy，practica“ty，safetyintube—sheetdesignofamulti—streamspiralw0undheatex—changerhasbeenemphasized．Keywords：heatexchanger；tube—sheet；multi—stream；spiralwound；FEA缠绕管式换热器是在与管板相连的中心筒上，首选换热设备口～。以螺旋状交替缠绕数层小直径换热管形成管束，再缠绕管式换

6、热器大体有3种结构，第1种是单将管束放人壳体内的一种换热器。其具有结构紧股流缠绕管式换热器(图1)，第2种和第3种都是凑、可同时进行多种介质换热、管内操作压力高、传多股流缠绕管式换热器(图2～图3)，其中第3种多热管的热膨胀可自行补偿、换热器易实现大型化等股流缠绕管式换热器带有若干小管板结构。实际上特点，因此，成为大型煤化工装置低温甲醇洗系统的缠绕管式换热器是一种管壳式换热器，但其管板与收稿日期：2【)09一O2一O2基金项目：国家重大技术装备研制项目(科研攻关)计划专题(zzO1—11一o3一O2)资助作者简介：陈

7、永东(1968～)，男，安徽含山人，教授级高工，硕士，长期从事换热设备传热与结构的研究，担任压力容器学会换热器委员会常务副主任委员、锅容标委热交换器分会委员。石油化工设备2()09年第38卷管箱及壳程筒体的连接形式和普通的管壳式换热器差别较大]。因此，目前尚无标准规定的计算方法能够涉及。文中简单阐述了用于中国石油天然气股份有限公司某分公司合成氨装置关键设备——循环甲醇冷却器(位号为4115一E6)管板设计内容。1循环甲醇冷却器结构、主要参数与载荷分析1．1结构此结构同图2型式的多股流缠绕管式换热器。管程有两股物料，其

8、基本结构见图4，换热器管板的布管见图5。图1单股流缠绕管式换热器图4循环甲醇冷却器简图图2多股流缠绕管式换热器’图5换热器管板布管图1．2主要设计参数循环甲醇冷却器主要设计参数见表1。壳程规格为1650mm×l0mm，管程规格为50Omm×2Omm，材料均为OCr18Ni9板材；管板厚度85mm，材料为0Cr18Ni10Ti锻；换热管规格为18