热交换器管板计算常见问题分析

2020-11-26徐阵涛杜军岭郭杰

商品与质量 2020年5期

徐阵涛杜军岭郭杰

中国核电工程有限公司郑州分公司河南郑州 450052

目前热交换器管板时工业领域中的常见的一种换热器，其设计质量已经受到了各界的广泛关注，且开始应用于不同的行业中。但是由于热交换器管板的研发时间较短，并没有相关的文件对其进行过过多的介绍，对此，必须要根据实际情况积极的争取相关部门的资金支持，加大科研投入力度，实现外在的数据的合理化创新，这样才能为找到相关的可影响性因素，并对其所出现的问题进行合理化分析，制定出有效的方案[1]。

1 不同结构形式的换热器特点

1.1 固定管板式换热器

这种固定管板换热器主要是一种立式固定管版式换热器，其结构简单，形式紧凑，且没有壳程密封等问题，一般是做管板换热器的主体式结构。固定管板换热器的换热管、管板和壳体是紧密相连的，其换热管与壳体间的金属壁温差是导致其出现不良问题的主体因素，可以有效的对其进行合理分析，是目前设计中的难点问题。这中换热器的适用性强，对于不同的场合所表现出来的特点不一致，主要分以下几种：

管、壳程温差大，压力适中的场合。其主要是由于不同的场合，其内部的温差大，膨胀节耐压能力差，规定设计压力不大于6.4帕；

管、壳程温差小，压力较高的场合；

壳程不能机械清洗，壳程介质干净；虽会结垢，但可利用化学清除的场合；

布管多，锻件少，投资成本低，设备运行周期短的场合。

1.2 浮头式换热器

浮头式换热器主具有可抽式管束，一旦换热管为正方形或转角正方形，这种管束可以自由进出，自动的采用机械进行清洗，比较适用于壳程易结焦及堵塞的现场处理中，可以促进其后续的工艺有效处理。其某一端是用管板夹持，另一端则是利用浮头型式换热器，故其自由变动性强，温差力小，可以适用于大温差的场合应用。除此之外，由于浮头式换热器结构复杂，其内部的排管数数量较多。一旦发生泄露则很难具有措施对其进行方案的解决，这样很难对其后续的工作进行处理，经常会使得其压力试验的复杂性提升。且其受到使用压力和温度的限制，合理的应用于炼油行业中[2]。

1.3 U形管式换热器

U形管式换热器是其中一种唯一适用于高温、高压和高温差等严格环境下的换热器，其内部的高温差适应性强，尾端的自由浮动可以解决其所带来的温差应力。虽然目前其仅仅只有一块管板，法兰的数量少，结构简单且泄漏点少，但是可以进行抽芯清洗，其清洗流程方便快捷，且便于清洗清洗换热管外壁，可以降低其弯管的限制和分程间距，一旦出现高管程流速，机械管道的U形弯管段会受到严重的冲蚀，从而出现堵管现象。

1.4 釜式重沸器

釜式重沸器的管程主要是采用U形或浮头管束的方式来对其进行处理，其中管头在试压时必须要另配试压壳体，以此来作为基础的且有蒸发空间的壳体，并将其作为加热壳程介质，且由于其管程压力和温度高于其他的壳体，其设计的压力必须要大于相关的介质，实现后续的体系化创新，改善教育教学成果，为后续的实践做好基础性的准备工作。其这种釜式重沸器主要适用于管、壳程温差大的场合，且该种场合必须要保证具有多孔强化传热管，这样才能够促进去壳体设置的多元性和技术性[3]。

2 热交换器管板计算部分参数分析

2.1 机械设计因子

在进行热交换器管板计算时，必须要根据实际情况对相关的物件进行分析，确定好传热计算和相管壳程，将相关的热器型式、换热面积、换热管管径等相关的数据进行合理分析，并将不同的数据进行参数化处理，实现参数的优化设计，由机械设计人员完成，工艺计算中的传热和压降数据处理。在固定管板式换热器的计算中，必须要根据实际情况对程序和换热管长度平均温差分析，理解其不同工艺计算的计算过程，确定金属壁温计算方法和对流传热系数和污垢系数。

2.2 设计压力和设计温度

在进行热交换器管板计算时，必须要确定好设计压力和设计温度，按照实际需求按照工作压力、工作温度等确定，以受压元件为主，以此来确定其计算压力数值，以及直径数据。在相关的数据中，必须要在计算时考虑液柱静压力，使其小于5%，了解周边的壳程壳体、管箱壳体的设计温度取值情况，并对其进行合理化判定。除此之外，还需要优化设计压力和设计温度的确定值，按照要求对周边的管板进行处理，以此来确定介质系数[4]。

3 热交换器管板计算问题分析

在进行计算中，由于管板延长的厚度的变化，其只考虑了操作条件下的六种工况，且以管箱法兰厚度的0.6倍来确定，使得其管板厚度能够有效，同时其管板的厚度计算一般都是按照方式的工人经验值进行计算，其数据的管理误差值较大。不仅如此其中的法兰力矩是用法兰计算中需要的螺栓面积确定，其与现有的算法存在较大的差异，现在已经不使用这种方法，但无可确定性的方式和方法。由于管板延长法的厚度计算方式在国外使用多年，其实际的取消0.6倍依据还存在一定的争议，对此，必须要满足用SW6计算合格后，再用ASME或TEMA公式对管板延长法兰的厚度进行核算，这样增加了麻烦流程，且后续的处理存在较大的问题。但是一旦出现计算时，常常出现换热管的轴向应力超过压缩应力，那么其流板间距会降低，其工艺传热计算可以得到优化。