波纹管换热器设计标准介绍及相关问题的讨论

* 来源 : * 作者 : * 发表时间 : 2020-02-15 12:29:18 * 浏览 : 54
lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp1概述lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp于1990年代初期在中国发展生产了一种高效的热交换元件。波纹热交换管由波纹管和接头组成。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp使用波纹管而不是光滑的直管,由光滑的直管制成的波纹管热交换器这种高效率的换热器还具有不易结垢和低温差应力的优点。但是,由于波纹管是由薄壁(壁厚为05-10mm)的光滑管加工而成的,因此成型后其应力状态变得复杂。管束的强度和刚度与光滑管的强度和刚度非常不同,这使得难以对该热交换器的管束和管板进行应力分析。由于管束和管板的强度问题尚未解决,因此这种高效设备的应用范围受到限制,并且还存在安全隐患。为了使这种高效节能的产品适用于石油和化工等广泛的工业领域,有必要对波纹管热交换器进行强度研究并建立相应的设计标准。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp这项工作于2002年被纳入国家锅炉和压力容器标准化技术委员会项目,由沉阳化工学院和沉阳特种设备检验研究院(原沉阳锅炉检验所)等单位负责起草,并将波纹管换热器的设计方法列为GB151《壳管式换热器》的附录。 1],并于2004年正式命名为“奥地利不锈钢波纹管热交换器设计标准案例” [2](以下简称“标准案例”)。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp本文介绍了标准案例的主要内容。对十多年的波纹管换热器进行了总结和分析,并通过设计实例分析来解释波纹管换热器的设计和选择中应注意的问题。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp2标准案例摘要lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp波纹管换热器也是一种管壳式换热器。其总体设计,制造和检验均符合GB151的要求。涉及的压力分量的设计计算是不同的。标准案例基于理论分析和实验研究。本着安全,可靠,经济合理,技术先进的原则,对波纹管换热器的管束和管板的设计计算方法作了GB151的补充。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp21适用范围lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt ,Lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp换热器的类型与GB151相同。设计压力为PN≤40MPa。考虑到波纹传热管是由薄壁管加工而成的,模制件的残余应力很大。为了避免应力腐蚀和疲劳损坏,其工作压力不应过高。标准情况规定了热交换管的两个公称直径,即波峰和波谷的外径分别为32 / 25mm和42 / 33mm,管坯的外径分别为25mm和33mm,这是两个常用规格用于当前工程中。挡板间距是根据工程实践经验确定的,其较大的间距约为GB151中第5953条规定的较大间距的2/3,并且不考虑流体引起的振动。lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp考虑了波纹管成型和超过十年的实际使用。标准情况仅适用于波纹管。材料为奥氏体不锈钢。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp22波纹管换热器设计lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt / DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,通过隆起将nbsp光滑管制成波纹管后,由于存在残余应力和局部应力集中,因此波纹管的承载能力远低于相应的灯管(即钢坯)。相应地,波纹管的轴向刚度和稳定性大大降低。标准案例第3条给出了波纹管的允许内部压力,允许外部压力,轴向刚度和临界压力的计算公式。这些公式基于实验和理论分析。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp221波纹导热管的允许内部压力lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt, DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp波纹管各部分应力的详细计算仍在研究中。在内压作用下的应力分布状态已经通过应力测试方法进行了大量实验确定,并且同时进行了爆破测试。爆破压力的实际值接近于相应的管坯根据介质直径公式计算出的理论值,并且测量值大于理论值。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp222波纹管热交换器的允许外部压力lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt, DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,管壳式换热器中的nbsp管承受管侧和壳侧压力,因此管对外部的稳定性还必须考虑压力。大多数波纹管具有节点形状,其由笔直的部分和球形波峰组成。笔直部分的刚度比波峰的刚度小得多。该测试还证明,在受到外部压力时,波纹管的笔直部分首先是不稳定的。对于整个波纹管,可以认为是承受外部压力的圆柱体,其顶部相当于一个刚性部件。以这种方式,大大减少了受到外部压力的管的计算长度。在标准情况下,将单个管中的大波距作为计算长度比较安全。根据工程实践经验和实验研究,标准案例是指GB150第6章中的外压缸设计计算方法。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp根据L / d1和d1 /使用GB150第6章中的外部压力计算表δt通过检查A和B值,可以获得波纹管的允许外部压力,即:lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt, nbsp23管板设计计算lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONT nbspface = Verdanagt,nbsp到目前为止,关于管板的大多数国家热交换器标准用于强度计算,管板基本上被认为是等效的圆形平板,其承受均匀分布的载荷,置于弹性基础上,并被管孔削弱。 GB151中的管板设计也基于此考虑。对于波纹管热交换器,与常规(光滑管)壳管式热交换器相比,主要区别在于换热管的刚度。基于这种考虑,标准案例指定了与管的轴向刚度有关的参数,并介绍了波纹管的刚度的计算值,然后直接使用GB151中相应管板类型的计算公式进行设计和计算。管束波纹管换热器的t。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp3波纹管换热器常见故障形式及其原因分析lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt ,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp(1)波纹状传热管槽或波峰槽的过渡部分变薄且破裂。在波纹管热交换器的运行过程中,波纹管的槽及其附近的部分变薄并破裂,导致内部泄漏是主要的故障形式。失败的原因是,波纹管在壳侧挡板处的波谷和挡板管孔产生振动摩擦和碰撞,这使得波纹管的壁变薄,从而导致破裂和泄漏。目前,一些生产厂使用厚的挡板使波纹管的顶部与管子的孔接触,以确保管子和孔之间的间隙很小,以防止振动和摩擦。其他人则在挡板处遮盖了波纹管。这些是避免和减少这种波纹管故障形式的更好措施。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp(2)波纹管式换热器管塌陷(外围不稳定)。波纹管的不稳定性发生在周向塌陷中,这是波纹管热交换器的另一种失效形式。这主要是由于波纹管的壁厚很薄,通常小于1mm,并且其抵抗外部压力的不稳定性的能力非常低。在换热器的设计中,通常不对换热管的承压能力进行检查和计算,因此,当壳侧压力达到或超过换热管本身的临界压力时,换热管会塌陷和崩溃。 。标准情况规定了波纹状传热管的允许外部压力的计算方法。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp(3)波纹管换热管的轴向弯曲变形过大(轴向不稳定性)。这种类型的故障是由管侧压力和温差应力的影响引起的。波纹管的材料是奥氏体不锈钢,线膨胀系数比碳钢大得多,在管壳温度相同的情况下也会产生温差应力。当工艺压力大或管壁温度高于壳体壁温度时,容易发生波纹状传热管的轴向弯曲变形过度的破坏现象。标准情况下指定的挡板不受支撑的跨度小于GB151中指定的值,以防止热交换管的轴向不稳定性。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp(4)波纹管换热器开裂并破裂,整体脆化失败。这种形式的故障主要是由介质腐蚀引起的。奥氏体不锈钢容易发生晶间腐蚀。在包含高氯离子和硫化氢的介质中使用波纹管热交换器时,波纹管已经破裂。在实践中,已经发现一些热交换管具有整体脆化现象。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp(5)波纹管和厚壁管接头之间的接头破裂。波纹传热管由波纹管和两端的接头组成(如图1所示)。由于焊接工艺和焊接技术水平的差异,焊缝的质量难以保证,从而导致裂纹。 lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,/ DIVgt,lt,DIVgt,lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp文章来自:中国热交换网lt,/ FONTgt,lt,/ DIVgt,