20世纪90年代初,我国开发研制出一种高效换热组件———波纹换热管。波纹换热管是由波纹管和接头两部分组成。 用波纹管代替光滑直管制成的波纹管换热器,其传热效率可提高2~4倍,这种高效换热器还具有不易结垢、温差应力小等优点。然而,由于波纹管是由薄壁(壁厚为05~10mm)光滑管加工而成,成型后其应力状态复杂化。其管束的强度和刚度都与光滑管有很大差别,致使这种换热器的管束和管板的应力分析困难。由于管束和管板强度问题没有解决,使得这种高效设备的应用范围受到限制,同时也有安全隐患。为使这种高效节能产品能应用于石油、化工等更广泛的工业领域,对波纹管换热器进行强度研究,建立相应的设计标准是非常必要的。 这项工作于2002年纳入国家锅炉压力容器标准化技术委员会项目,由沈阳化工学院和沈阳市特种设备检测研究院(原沈阳市锅检所)等单位负责起草,将波纹管换热器设计方法列为GB151《管壳式换热器》[1]的附录,并于2004年以名为“奥式体不锈钢波纹管换热器设计标准案例”[2](以下简称“标准案例”)正式颁布。 本文对标准案例的主要内容进行了介绍,针对波纹管换热器十几年运行中出现的问题进行总结、归纳分析,并通过设计实例分析,说明波纹管换热器的设计和选用应注意的问题。 2标准案例简介 波纹管换热器也是管壳式换热器的一种,其总体设计、制造、检验是符合GB151中要求的,只是由于管束刚度变化,使得与其相关的受压组件设计计算有所不同。标准案例以理论分析和试验研究为基础,本着安全可靠、经济合理、技术先进三者统一的原则,规定了波纹管换热器管束和管板的设计计算方法,以作为GB151的补充。 21适用范围 换热器型式与GB151相同。设计压力PN≤40MPa,考虑波纹换热管是由薄壁管加工而成,成型的残余应力较大,为避免应力腐蚀和疲劳破坏,其工作压力不能太高。标准案例规定两种换热管公称直径,即波峰/波谷外径为32/25mm和42/33mm,其管坯外径为25mm和33mm,这是目前工程中通用的两种规格。折流板间距根据工程实践经验而定,其最大间距尺寸大约为GB151中5953条规定的最大间距的2/3,且不考虑流体诱导振动。 考虑波纹管成型和十几年的实际使用情况,标准案例只适用于波纹管材料为奥氏体不锈钢。 22波纹换热管设计 光滑管通过胀型成型为波纹管后,由于残余应力和局部应力集中现象的存在,波纹管的承载能力远低