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立式换热器的膨胀节位置及其设置问题的分析

2015-09-10  来源:互联网转载  发布者:小A

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立式换热器的膨胀节位置及其设置问题的分析
    一、膨胀节的设置需要
    在固定管板换热器中,由于壳程流体和管程流体之间存在温差,致使壳体和管束在工作状态与非工作 状态的温度变化不一致,造成工作状态时壳体和管束的热变形量不相同。而壳体和管束通过刚性较高的管板固定在一起,必然造成在工作状态时,壳体和管束之间彼此约束着对方的变形,从而产生轴向载荷。为了避免壳体破坏、管子失稳、换热管从管板上拉脱,就必须考虑在壳体设置一个良好的变形补偿元件——膨胀节,以降低壳体和管束的轴向载荷。
    在固定管板换热器的设计中,若设备在低温差应力状况运行,一般不需考虑设置膨胀节;若壳体和换热管壁温差异较大时,则应考虑是否设置膨胀节。其具体依据为壳体轴向应力、换热管轴向应力和换热管与管板间的连接拉脱力三方面,若其中有一个不能满足强度条件时,就必须设置膨胀节。
    由于膨胀节在设备运行中起变形补偿的作用,所以膨胀节通常选用耐腐蚀材料,以减小腐蚀裕量,降低膨胀节厚度,提高单波补偿量,故其刚度相对较差。

     二、膨胀节的刚度差但不会影响 (立式)换热器的稳定性
    膨胀节的壁厚小、刚度低,若将其布置在耳座上方,会不会因自重产生的轴向载荷而降低设备的稳定性呢?笔者认为,设备自重(指可能对膨胀节产生影响的局部自重)对膨胀节的影响应从非工作状态和工作状态两种情况进行考虑。下面分别对非工作状态自重不可能导致膨胀节失稳和工作状态应根据壳体受力情况确定膨胀节位置才能避免膨胀节因承受由自重产生的附加轴向载荷而降低设备稳定性两个方面进行分析。
    1、非工作状态自重不可能导致膨胀节失稳
    (1)在不考虑加工因素的前提下,立式换热器的管束和壳体(包 括膨胀节)均处于立置自由状态,由于管束通过管板与壳体连接固定在一起,若将管束和壳体简化成为一个刚体来考虑,则在换热器的任何一水平截面上,都是壳体和管束共同承受着设备的部分自重,即耳座上方截面管 束和壳体共同承受该截面上方因自重而产生的压载荷,耳座下方截面管束和壳体共同承受该截面下方因自重而 产生的拉载荷。但由于客观上壳体和管束是分开的,故外部对设备的支承 是通过壳体来传递的,即耳座上、下方均是由壳体承受着设备的部分自重。分别在换热器的耳座上方、下方和中部取三个截面进行受力分析。由于设备处于立置自由状态可知,在截面(将耳座支承段假象为一个截面)上,壳体处于自由状态,不受因自重产生的轴向载荷;在截面,壳体处于被压状态,承受因该截面以上壳体和截面上方管束(包括管板)两部分自重产生的轴向压载荷;在截面,壳体处于被拉状态,承受因该截面以下壳体和截面下方管束(包括管板) 两部分自重产生的轴向拉载荷.

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