下面就几种我们图纸中常出现的问题,提醒 设计者在设计工作中引起重视。 1.换热器类别的确定以及相关的技术要求 《固定式压力容器安全技术监察规程》A1.3.2 规定:多腔压力容器(如换热 器的管程和壳程、夹套容器等)按照类别高的压力腔作为该容器的类别并且按该 类别进行使用管理。但应按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要 当管程设计压力大于壳程设计压力时,为了检查管子与管板连接的严密性,壳程的试验压力可按下面的几种方法处理,应在技术特性表或技术要求中提出: (1)提高壳程的试验压力等于管程试验压力。 采用这种方法时,必须首先核算壳体在压力试验时产生的应力,要求壳程任 意点的一次薄膜应力的计算值不得超过所用材料在试验温度下的90%屈服极 限。同时接管、法兰也应满足压力试验条件下的强度要求。 (2)若经过计算后不能采用上述方法试验,或从技术经济考虑不合理时, 壳程、管程按各自要求的试验压力进行试验合格后,壳程应参照HG20584-1998附录A《压力容器氨渗透试验方法》进行氨渗漏试验。 (3)对有特殊要求的换热器,如高压换热器等可用低压纯氨进行试漏或采用 卤素检漏等方法试验。 3.管板本身兼做法兰,并且直径较大或者厚度较厚时,材质选择问题 此时管板最好用锻件加工,尽量不用板材加工。因为厚板有分层倾向,在上 述情况下如用板材加工成管板,特别容易出问题。 4.换热管受压失稳当量长度计算问题 在进行换热管计算时,有些设计者将换热管受压失稳当量长度L,给出了一 个大一些的数值,而不按GB 151 规定进行计算,这是错误的。因为GB 151 数值是将换热管作为压杆,换热管与管板的连接端视为固支端,折流板、支撑板视为铰支端,即按材料力学压杆的理论计算得出的,所以应据此计算换热管受压 失稳当量长度, 才能保证管板计算结果的正确性。 5.多管程管壳式换热器,分程设计时应考虑的问题 (1)应尽可能使各管程换热器管数尽可能大致相等,以达到换热器各管程流 速基本相等,达到良好的换热效果。各管程换热器管数相对误差应控制在10%以内,最大不超过20%。 (2)做到分程隔板槽尽量简单,密封面长度尽量短。 6.隔板槽面积取值的问题 在用计算软件进行管板计算时,要求输入隔板槽面积,有很多设计者直接计 算出隔板槽的几何面积,这是错误的。这里要求输入的应该是GB 151 是在布管区范围内,因设置隔板槽和拉杆结构的需要,而未能被换热管支撑的面积。另外,多管程换热器分程隔板槽面积应取各条隔板槽面积之和。 7.卧式换热器折流板布置问题 卧式冷凝器介质为气、液共存,折流板应左右布置,并在折流板的最底处开 通液口。有的设计者在这种情况下,将折流板的缺口上下布置是不合适的,缺口 上下设置时,不利于冷凝液的排出。特别当冷凝液位高于上置折流板的下缺口时, 会形成液封,阻碍蒸汽流动,影响设备传热和运行。 8.应注意核算管板的扳手空间是否足够 固定管板延长部分兼做法兰的换热器,当壳程压力很高,管程压力比较低时, 如管程选用压力等级较低的设备法兰则螺栓圆直径很小,而此时壳程筒体很厚, 这样可能导致扳手空间不足,紧固件组装困难。 9.管板上的管孔及拉杆孔布置问题 管板上的管孔及拉杆孔最好对称布置。不对称布置,管板加工会比较容易出 错。如必须做不对称布置,必须保证总图、管束、管板和折流板等零部件图保持 一致,因为不同的视角,他们的位置是不同的。 10. 兼做法兰的固定管板,与设备法兰的匹配问题 在设计过程中,经常会出现设备法兰压力等级的改动,而没考虑到管板变动, 可能会造成最终的两法兰的轮廓、螺栓孔中心圆直径以及螺栓孔个数的不匹配, 在设备制造过程中会造成很大的问题。 11. 立式固定管板换热器支座,膨胀节和拉杆的位置 (1).立式固定管板换热器支座的支承平面一般应高于设备重心和膨胀节,以 利于提高设备的稳定性和改善膨胀节受力。如果带有支耳的设备设有膨胀节,设 计时要注意螺栓孔中心圆直径大于膨胀节最大外形尺寸(最好先跟结构专业沟 通,咨询一下梁的尺寸,然后确定螺栓中心圆直径尺寸),保证设备顺利安装。 (2).立式固定管板换热器拉杆,应在满足组装的前提下把固定端设置在上管 板上,无论壳程进口在上方还是在下方。此时拉杆处于最佳受力状态。 12.换热管的拼接问题 换热管如不允许拼接时,应在图样上加以规定。换热管如允许拼接时,也应 在图样技术要求中注明“换热管的拼接符合GB151-1999 6.3.3 的规定。” 13.对U 形管换热器U 形弯管部分未提出技术要求的错误 U形管换热器管程流速比较高,会对U 形弯管段产生严重的冲蚀,影响换热 管寿命。所以U型管换热器,弯管部分是换热管的薄弱环节,应按GB150-1999 6.3.4对其提出技术要求。若介质有磨蚀的特性,应适当加厚该段换热管的壁厚。 另外要注意换热管用做低温管时,冷弯的弯曲半径小于10 倍的管子外径时,弯 后应作消除应力热处理。经热处理供货的低温用换热管材,在热弯或弯曲半径小 于10 倍管子外径的冷弯后,必须重新进行与原热处理相同的热处理。 14.换热器焊后热处理的问题 钢板厚度大于16mm 的碳素钢和低合金钢制低温换热器或元件应进行焊后热 处理。需做焊后热处理的低温换热器,热处理应包括承受较大载荷需做强度计算 的非受压件与受压元件的连接接头。 管箱是否进行热处理,要视以下具体情况而定: (1).碳钢、低合金钢制的焊有分程隔板的管箱以及管箱的侧向开孔超过1/3 圆筒内径的管箱,应在施焊后做消除应力的热处理。 (2).奥氏体不锈钢的管箱,一般不做焊后消除应力热处理。当有较高抗腐蚀 要求或在高温下使用时,可按供需双方商定的方法进行热处理。 15.固定管壳式换热器焊后整体热处理应注意的问题 固定管壳式换热器焊后热处理有两种方法。一种方法是整体焊后热处理,这 种方法关键是如何控制热处理过程中的温差应力,当壳体和管子材料相同时,在 加热过程中,壳体受热快而管束受热慢,由于温差作用,壳体的热膨胀伸长比管 束大。但壳体的伸长受管束的约束。使管束受到拉应力,壳体受到较大的压应力。 当热处理完后,冷却的过程受力与上述相反。因此再加热及冷却时,温度应力应 小于材料在该温度下的屈服强度。固定管壳式换热器焊后整体热处理时升温和冷 却速度比其他容器严格,这是由于管板、管子、壳体的厚度差较大。曾有由于忽 视控制冷却速度,管子与管板连接处大面积裂纹,造成设备重做。另一种方法是 分段热处理,先把壳体进行焊后热处理,然后把管板与壳体、管子与管板焊后局 部热处理。笔者认为为保证管子和管板连接的使用可靠性,尽量采用分段热处理 的方法。 16. 结束语 以上是本人对换热器设计的一个总结。希望大家能引以为戒,在设计工作中 应充分考虑换热器的设计参数,标准要求,重视标准中的细节,避免因忽视个别 看似不重要的问题而导致设备的不可靠,并且要熟悉计算软件的参数选取,使计 算符合设计标准规范的要求,保证设计产品的安全性。 参考文献 化工压力容器设计—方法、问题和要点[M].北京:化学工业出版社,2005.