换热器的振动与折流

王清媛 刘佩铭 李 建 苑 颖

(中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院)

换热器的振动与折流

王清媛*刘佩铭 李 建 苑 颖

(中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院)

介绍了折流板式换热器与折流杆式管壳式换热器的区别，折流杆式换热器在介质流动速度大及振动工况下的应用，并根据设计实例介绍了折流杆式换热器的管束结构。

换热器 折流杆 折流板 换热管

换热器是炼油、化工装置中常见的化工设备。换热器的形式多样，其中固定管板式换热器应用最多。固定管板式换热器由壳体、封头、管板、换热管、折流件等零部件组成。壳体内采用折流板式是最普通且常用的，折流板用来支撑换热管，提高壳程的介质流动速度。通过折流板折流后壳程流体为横掠管束，因湍流振动、声共鸣等因素会引起管子产生振动，这种振动称为流体的诱导振动。在壳程流体的流动速度和振动较大的情况下，采用折流板式换热器就可能引起诱导振动，导致管子磨损、泄漏、断裂等损坏，这些是板式折流的不足之处。为满足大流速和振动要求，工艺上常采用折流杆式换热器。折流杆式换热器壳程流体为纵掠管束，可降低流体的阻力，避免板式折流带来的缺陷。

1 折流板式换热器在振动下存在的问题

（1）当壳程介质流速较大时，换热管的振动振幅较大，可能使管子发生碰撞，致使管壁被磨损得越来越薄，导致换热管损坏。

（2）换热管穿过折流板时由于振动使换热管与折流板孔壁不断碰撞，导致接触部分管壁变薄，直至管子破裂。

（3）换热管与管板的连接为胀接和焊接，振动使换热管与管板的连接处受到较大的应力，导致胀接和焊接处破裂，管板端部泄漏，管壳程介质相混。

（4）管子本身长期振动易产生疲劳，最终会导致管子破裂。

2 折流杆式换热器特点

壳程不再是传统的板式折流方式，而是由若干个折流杆组成折流圈来代替折流板。这种设计充分改善了壳程介质的诱导振动，既起到了对壳程介质的扰动作用，又起到了对换热管的支撑作用，使介质在壳程中流动的阻力降低，传热效率更高。

3 折流杆换热器的设计

3.1 设计参数

某化工装置采用卧式换热器，壳体直径为550 mm，换热面积为162 m2；壳程的设计压力为3.14 MPa，设计温度141℃；管程的设计压力为2.3 MPa，设计温度131℃。换热管为Ø19 mm，长9 000 mm，换热管排列方式为正方形，折流间距150 mm。壳程的质量流率为249 820 kg/h，管程的质量流率为251 580 kg/h。

3.2 折流方式的选用

由设计参数可见，壳程流体的流动速度较大，如果采用折流板式换热器，换热管束受横向流速的影响会出现振动。由于9 m细长的换热管本身为弹性元件，受横流影响管子会发生高振幅运动而损坏，因此不宜采用板式折流，而是选用了折流杆来代替折流板。

3.3 杆式折流的结构设计

折流杆换热器管束的结构是：由一组焊有折流杆的折流圈通过纵向拉杆固定组成折流圈笼，换热管卡在相互垂直交错的折流杆间。折流杆采用Ø6圆钢，材料为0Cr18Ni9，纵向拉杆采用20×12的扁钢，折流杆在每个折流圈上的间距为50 mm，换热管为正方形排列，管间距为32 mm。为了支撑每根换热管，要求两个相邻折流圈的折流杆其方向相互垂直，即如果前一个折流圈的折流杆是垂直布置的，则后一个折流圈的折流杆就是水平布置，两根折流杆之间夹两根换热管。折流杆和换热管组合的折流圈形式设计为4种。第一种是折流圈上的折流杆水平支撑横向的第1、3、5……排换热管，见图1所示；第二种是折流圈上的折流杆垂直支撑纵向上的第1、3、5……排换热管，见图2所示；第三种是折流圈上的折流杆水平支撑横向的第2、4、6……排换热管，见图3所示；第四种是折流圈上的折流杆垂直支撑纵向的第2、4、6……排换热管，见图4所示。按此规律循环布置，可保证每根换热管能被四个折流圈的四根折流杆从四个方向将其牢牢固定。

上述4种折流圈总数54个，相互间距150 mm，通过4个圆周均布的纵向拉杆组成管束，有效地抑制了诱导振动。

图1 第一种折流圈

图2 第二种折流圈

图3 第三种折流圈

图4 第四种折流圈

4 结论

采用折流杆式换热器解决了因壳程流体振动导致的损坏，增加了换热器的安全性和使用寿命。折流杆增强了流体的扰动，减少了板式折流的流动死区和漏液现象，可提高传热系数15%～40%。目前，折流杆换热器已在石化行业获得一定程度的推广。

[1]朱才，徐咏冬.折流杆换热器壳程结构的设计[J].河南化工,1998(10).

[2]张应豪.折流杆换热器的试验及其应用[J].石油化工设备,1988（1）.

Ribration and Transverse about Heater

Wang Qingyuan Liu Peiming Li Jian Yuan Ying

The paper is a introduction of the difference between transverse rod and transverse baffle，and the application of the transverse rod-exchanger which the fluid with a high mass velocity and under the vibrant condition.It also introduces the structure of transverse rod-exchanger based on the actual design.

Heat exchanger;Transverse rod;Transverse baffle;Tube

TQ 051.5

*王清媛，女，1965年生，高级工程师。吉林市，132002。

2011-04-11)