波纹管换热器设计标准介绍及相关问题的讨论

lt，DIVgt，lt，FONTface = Verdanagt，nbsp1概述lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTface = Verdanagt，nbsp在1990年代初期在中国发展高效换热元件波纹换热管。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由波纹管而不是光滑的直管制成的波纹管换热器，其传热效率可以这种高效换热器增加2到4倍，还具有不易结垢，温差应力小的优点。但是，由于波纹管是由薄壁的光滑管（壁厚为05-10mm）制成的，因此其应力状态在成型后变得更加复杂。管束的强度和刚度与光滑管的强度和刚度有很大不同，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尚未解决的问题，这种高效设备的应用范围受到限制，并且还存在潜在的安全隐患。为了使这种高效节能的产品适用于石油和化学工业等更广泛的工业领域，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这项工作包含在2002年的国家锅炉和压力容器标准化技术委员会项目中，并进行了组织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年正式颁布，名称为“澳大利亚不锈钢波纹管换热器设计标准案例” [2]（以下简称“标准案例”）。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp本文介绍了波纹管热交换器十年以上标准外壳的主要内容通过设计实例对运行中的问题进行了总结，总结和分析，并进行了分析，以阐明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标准情况简介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。其整体设计，制造和检查均符合GB151的要求，但由于管束刚度的变化，相关压力分量的设计计算有所不同。该标准案例是在理论分析和实验研究的基础上，结合安全，可靠，经济和先进技术的原则，规定了波纹管换热器管束和管板的设计计算方法，作为对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换热器类型与GB151相同。设计压力PN小于或等于40MPa。考虑到波纹热交换管是由薄壁管加工而成的，因此成形的残余应力比较大。为了避免应力腐蚀和疲劳损坏，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，即峰/谷的外径为32 / 25mm和42 / 33mm，管坯的外径为25mm和33mm。这是当前工程中的两个常见规范。挡板间距根据工程实践经验确定。大间距尺寸约为GB 151第5953条规定的大间距的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考虑波纹管的形成和实际使用超过十年，标准情况仅适用于波纹管该材料是奥氏体不锈钢。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp22波纹热交换管设计lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt ，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp在光滑管膨出并形成波纹管之后，由于存在残余应力和局部应力集中，波纹管的承载能力远低于相应的波纹管光滑管（即管坯）。相应的波纹管的轴向刚度和稳定性也大大降低。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在标准案例的第3条中给出。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波纹热交换管的允许内部压力lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt， DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp对于波纹管各部分的应力的详细计算，仍在研究中。内应力作用下的应力分布状态通过应力测试方法进行了大量的测试，并且同时进行了爆破测试。喷砂压力的实际值相对接近于相应管坯根据节圆直径公式计算出的理论值，而测量值大于理论值。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp222波纹热交换管lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt， DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTface = Verdanagt，壳管式换热器中的管同时承受管侧和壳侧的压力，因此管在外部受热时的稳定性压力也应予以考虑。波纹管的大部分呈节状，即由直截面和球形波峰组成。笔直部分的刚度比波峰的刚度小得多，并且测试还证明，波纹管的笔直侧在受到外部压力时首先是不稳定的。对于整个波纹管，它可以看作是承受外部压力的圆柱体，波峰相当于刚性构件。以这种方式，大大减少了受到外部压力的管道的计算长度。在标准情况下，将单个管道中的大波距作为计算长度是安全的。根据工程实践经验和实验研究，该标准案例引用了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基于L / d1和d1 /δt，直接使用第6章的外部压力计算图GB150，检查A和B的值，可以得到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，管上大多数国家热交换器标准在强度计算中，管板基本上被认为是等效的圆形平板，它承受均匀的载荷，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。对于波纹管式换热器，与传统的（光滑管）管壳式换热器相比，主要区别在于换热管的刚度。基于这种考虑，标准案例规定将与管的轴向刚度有关的参数引入到波纹管的刚度的计算值中，然后直接使用GB151中相应管板类型的计算公式进行计算。的波纹管换热器管板的设计与计算。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp3波纹管热交换器常见故障模式及其原因的分析lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp（1）波纹热交换管在波谷或波峰和波谷的过渡部分变薄并破裂。在波纹管热交换器的运行中，波纹管和波纹管热交换器的附近部分变薄并破裂，导致内部泄漏是其失效的主要形式。失败的原因是，波纹管在壳体侧挡板处的波谷和挡板管孔会产生振动，摩擦和碰撞，从而使波纹管的壁变薄，从而导致破裂和泄漏。现在，有些生产厂使用加厚的折流板，使波纹管的波峰与管道孔接触，以确保管道和孔之间的间隙很小，并防止振动和摩擦，有些生产厂在折流板的波纹管上增加了套管。这些是避免和减少此波纹管故障模式的更好措施。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp（2）波纹状热交换管塌陷（周向不稳定性）。波纹管的不稳定性沿周向塌陷，这是波纹管热交换器的另一种失效形式。这主要是因为波纹管的壁厚相对较薄，通常低于1mm，并且其自身抵抗外部压力不稳定性的能力非常低。在热交换器的设计中，通常不进行热交换管的承压能力的检查和计算。因此，当壳侧压力达到并超过热交换管本身的临界压力时，该管将塌陷。 。在标准情况下，规定了波纹状热交换管的容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）波纹热交换管的轴向弯曲太大（轴向不稳定性）。这种失效模式是由管侧的压力和温差应力引起的。波纹管的材料是奥氏体不锈钢，其线膨胀系数远大于碳钢。当管侧和壳侧的温度相同时，波纹管的轴向刚度很小时，也会产生温差应力，因此当管的过程压力较大或管壁温度为如果温度高于壳体壁温度，则容易发生波纹状热交换管的过度轴向弯曲变形的破坏现象。标准情况下指定的挡板不受支撑的跨度小于GB151中的指定值，这是为了防止热交换管的轴向不稳定。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp（4）波纹热交换管腐蚀断裂，整体脆化失败。这种失效形式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。当将波纹管换热器用于含高氯离子和硫化氢的介质时，波纹热交换管会腐蚀并破裂。在实践中，已经发现一些热交换管产生了整体脆化。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp（5）波纹管和厚壁管之间的连接处破裂。波纹热交换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工艺的差异，接头处的环焊缝很难保证焊接质量，从而在此处造成裂纹。 lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，/ DIVgt，lt，DIVgt，lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp本文来自：中国热交换网lt，/ FONTgt，lt，/ DIVgt，