管壳式换热器设计中易出现问题

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1、管壳式换热器设计中易出现问题　　摘要：本文主要总结了设计管壳式换热器时，出现的一些常见问题，通过对这些问题的进一步阐述解释，提醒大家在以后的工作中能引起注意。关键词：管壳式换热器常见问题解释一、引言管壳式换热器在炼油、石油化工、医药、化工以及其它工业中使用广泛，它具有结构坚固、可靠性程度高、使用范围广等优点，所以在各个工程中仍得到普遍使用。在按GB151-1999《管壳式换热器》进行设计时，设计者虽以本标准作为设计依据，但常常会因设计人员知识匮乏，对标准法规的理解不到位，导致设计不合理、取值有误等问题发生。以下是我平常在换热器设计中积累到的问题，通过对这些问题的进一步

2、阐述解释，希望在以后的工作中能够对大家有所帮助。二、问题概况1.管板材料由板材代替锻件，或者是由锻件代替板材后没有重新进行强度校核管板一般情况用锻件优于用钢板，但用锻件的成本要高很多，故在条件不苛刻时，管板用板材。一般规定如下：81.1厚度很大而不能确保质量要求时，宜采用锻件。因厚钢板会有分层、夹杂等缺陷及性能指标波动大等问题。1.2管板以凸肩形式与圆筒相对接时，必须采用锻件。为避免凸肩处可能产生的夹渣、分层及改善凸肩处纤维受力状况，减小加工量，节省材料，采用凸肩与管板直接锻造出来的整体锻件来制造管板。1.3厚度大于60mm的管板宜采用锻件。由于各种原因，制造厂临时用

3、板材代替锻件，或者是由锻件代替板材，这种做法是万不能取的。一定注意同一材料，同一厚度，同一设计温度下板材与锻件的许用应力是不同的。一般来说，厚度相同时，板材的许用应力略高于锻件，所以如果原设计的图纸管板为板材，在改为锻件时，设计人员一定要重新校核管板的厚度。2.管板堆焊时技术要求不全面管板堆焊时，设计者对堆焊的管板没有做详细的技术要求。下面以低合金碳钢管板上堆焊不锈钢为例：2.1堆焊前，应按NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》进行耐蚀层堆焊的焊接工艺评定。2.2整个堆焊层的表面应平整，平面度公差为1mm.不进行加工的堆焊表面应平滑。两相邻焊道之间的凹陷

4、不得大于2mm，焊接接头的不平度不大于1.5mm。堆焊层厚度一般不小于6mm，其中耐蚀层厚度不小于3mm。82.3基层材料的堆焊表面和加工后（钻孔前）的堆焊表面应分别进行磁粉或渗透检测。按JB/T4730.4-2005MT-Ⅰ级或JB/T4730.5-2005PT-Ⅰ级为合格。2.4对介质有晶间腐蚀倾向的，堆焊层还需要进行晶间腐蚀倾向试验。2.5基层材料按要求进行夏比（V形缺口）常温或低温冲击试验。2.6应该分别注明过渡层和面层的厚度及所用焊条的牌号。2.7对大直径的管板，堆焊以后，为防止管板变形，在堆焊过渡层后，应提出进行消除应力热处理的要求，然后再进行面层的堆焊。

5、3.壳体厚度发生变化，没有重新校核管板的强度某项目固定管板式换热器壳程筒体图纸名义厚度为10mm，已经满足强度设计计算要求，而在制造时，厂家用厚度为12mm同材质的库存钢板代替。而设计人员认为，以厚代薄，没有用12mm的板厚重新去校核管板的强度。由于换热器壳程筒体厚度增加后，相应的温差应力也增加，壳体轴向应力σc发生变化。表现在：3.1管子加强系数降低管子加强系数反映了弹性基础强弱相对于管板自身抗弯刚度的大小，即管束对管板承载能力的加强作用，它的降低表明管板的弹性基础变弱。83.2壳体法兰旋转刚度及法兰力矩变化系数增加对延长部分兼作法兰的管板，在法兰力矩作用下，管箱法

6、兰和壳体法兰将产生转动，其中，与管板连接的壳体法兰仅承受一部分弯矩，其余部分传递给管板，此时管板将产生弯曲挠度。同时由于管板的挠曲受到管束的轴向约束，在管板周边上还产生了横剪力。所以在法兰力矩增大的情况下，管板中产生的整体弯曲变形及相应的应力也增大。3.3仅有壳程压力Pa作用下的危险组合工况（Pt=0）或者仅有管程压力Pt作用下的危险组合工况（Pa=0）对Pa（Pt）与法兰力矩同时作用的情况（不计温差应力），这两种载荷使管板产生相同方向的变形，使得换热管轴向应力、壳程圆筒轴向应力、换热管与管板连接拉脱应力减小。对Pa（Pt）与管壳热膨胀差同时作用时（计温差应力），管束

7、轴向热膨胀量小于壳体轴向热膨胀量，两种载荷对管板产生的应力将叠加。所以此时只有管板径向应力增加。综上，由于壳体厚度的增加，而使得管板的名义厚度也增加。所以即使壳体厚度满足要求，制造者用比它更厚的板材代替后，应提前告知设计人员，重新进行管板的强度校核。4.管壳程平均温差的取值不当SW6中需要输入沿筒体长度平均温差和换热管沿长度平均温差，这两项为金属壁温，GB151-1999《管壳式换热器》中给出了金属壁温的计算方法（附录F），8需要的相关参数为对数平均温差，两侧流体的定性温度，总传热系数，两侧流体的传热系数，两侧流体的热阻等等一系列数据，但往往因用户提