雙管板換熱器的案例
特殊換熱器種類(lèi)之雙管板換熱器
雙管板換熱器和單管板換熱器的結(jié)構(gòu)與使用性能的比較
從結(jié)構(gòu)、用途、制造等方面比較了雙管板換熱器和單管板換熱器。同單管板換熱器相比，雙管板換熱器管程殼程間泄漏概率低得多；受力狀況更好。
1、雙管板換熱器與單管板換熱器結(jié)構(gòu)比較
從結(jié)構(gòu)看，雙管板換熱器采用固定管板式結(jié)構(gòu)，管束不能抽出清洗。實(shí)際使用表明，采用機(jī)械脹管法制造的雙管板換熱器，可以滿(mǎn)足使用要求。
雙管板換熱器采用固定管板結(jié)構(gòu)，管束不能抽出清洗,，單管板換熱器可采用多種結(jié)構(gòu)型式，管束可以抽出清洗。對(duì)于溫差較大的雙管板換熱器，簡(jiǎn)體上可加裝波紋膨脹節(jié)；而單管板換熱器除可考慮簡(jiǎn)體上加裝波紋膨脹節(jié)外，常采用浮頭或U型管型式來(lái)補(bǔ)償。
對(duì)于雙管板換熱器，存在二種設(shè)計(jì)理念的認(rèn)識(shí)：一種認(rèn)為雙管板換熱器用于絕對(duì)防止管殼程間介質(zhì)混串的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)在內(nèi)外管板之間空腔上加裝排液倒淋閥，供日常觀察和內(nèi)管板發(fā)生泄漏時(shí)排放，使得管殼程介質(zhì)切實(shí)被內(nèi)外二層管板隔離，這是采用雙管板結(jié)構(gòu)型式的主要目的。
另一種認(rèn)為雙管板換熱器可用于管殼程間介質(zhì)，壓差很大的場(chǎng)合，設(shè)計(jì)在內(nèi)外管板之間的空腔中加入一種介質(zhì)，來(lái)減小管殼程間介質(zhì)的壓差。這和一般單管板換熱器一樣，不能絕對(duì)保證外管板上管口不發(fā)生泄漏。
2、雙管板換熱器與單管板換熱器使用上的比較
單管板換熱器最常見(jiàn)。在使用中除經(jīng)常出現(xiàn)墊片螺栓法蘭接頭密封泄漏外，還會(huì)出現(xiàn)管板上的管口泄漏，以及焊接裂紋等。單管板換熱器管板上的管口泄漏大部分出現(xiàn)在焊接收弧處。焊接收弧時(shí)氣體未放干凈，有砂眼。雙管板換熱器具有內(nèi)外雙層管板，如果內(nèi)管板管口泄漏，還有外管板防護(hù)。
雙管板換熱器筒體大法蘭盤(pán)錐體小端與筒體結(jié)合部位于內(nèi)外管板間形成的空腔外邊上，空腔中無(wú)介質(zhì)或介質(zhì)壓力很小。受力狀況好于單管板換熱器。
展開(kāi) 雙管板換熱器與單管板換熱器的區(qū)別
03
雙管板與單管板換熱器使用上比較
單管板換熱器最常見(jiàn)。在使用中除經(jīng)常出現(xiàn)墊片螺栓法蘭接頭密封泄漏外，還會(huì)出現(xiàn)管板上的管口泄漏，以及焊接裂紋等。單管板換熱器管板上的管口泄漏大部分出現(xiàn)在焊接收弧處。焊接收弧時(shí)氣體未放干凈，有砂眼。
雙管板換熱器具有內(nèi)外雙層管板，如果內(nèi)管板管口泄漏，還有外管板防護(hù)。
單管板換熱器焊接裂紋常出現(xiàn)在換熱器簡(jiǎn)體大法蘭盤(pán)錐體小端與簡(jiǎn)體結(jié)合部。這里出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因，一是大法蘭盤(pán)錐體小端與簡(jiǎn)體結(jié)合部應(yīng)力大；二是幾何尺寸和形狀突變，容易埋藏缺陷。
雙管板換熱器簡(jiǎn)體大法蘭盤(pán)錐體小端與筒體結(jié)合部位于內(nèi)外管板間形成的空腔外邊上，空腔中無(wú)介質(zhì)或介質(zhì)壓力很小。受力狀況好于單管板換熱器。
另外，雙管板換熱器壓力試驗(yàn)要打4遍壓(管程、兩內(nèi)管板之間的殼程、兩側(cè)內(nèi)外管板之間的腔體)，單管板換器壓力試驗(yàn)要打2～3遍壓(管程、殼程或管程、殼程、小浮頭)。
04
雙管板與單管板換熱器制造的比較
①費(fèi)用
雙管板換熱器與單管板換熱器相比，增加部分為兩個(gè)外管板、兩個(gè)內(nèi)外管板之間的腔體和腔體中的換熱管。目前國(guó)內(nèi)定購(gòu)的雙管板換熱器價(jià)格比定購(gòu)的單管板換熱器價(jià)格高出10~20%左右。
據(jù)北京燕山石化公司制苯裝置三臺(tái)雙管板換熱器顯示：如果分別采用雙管板結(jié)構(gòu)形式和單管板結(jié)構(gòu)形式做換熱器，雙管板比單管板增加重量10％～20％，增加費(fèi)用25％～37％。因此，應(yīng)更加重視雙管板換熱器制造質(zhì)量，使多花的錢(qián)，切實(shí)達(dá)到好的效果。
展開(kāi) 管殼式換熱器中換熱管與管板連接的工藝
一、概述
換熱器作為將物料之間熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的傳熱設(shè)備，在人們?nèi)粘Ｉ罴笆汀⒒ぁ?dòng)力、醫(yī)藥、原子能和核工業(yè)等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。它可作為獨(dú)立的設(shè)備，如加熱器、凝汽器、冷卻器等；也可作為某些工藝設(shè)備的組成部分，如一些化工設(shè)備中的熱交換器等。
尤其在耗能用量較大的化工行業(yè)中，換熱器在化工生產(chǎn)的熱量交換和傳遞過(guò)程中是不可缺少的設(shè)備，在整個(gè)化工生產(chǎn)設(shè)備中也占有相當(dāng)?shù)谋壤? 換熱器從其功能上來(lái)看，一方面是保證工業(yè)過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，另一方面也是提高能源利用率的主要設(shè)備。按其結(jié)構(gòu)形式主要有板式換熱器、浮頭式換熱器、固定管板式換熱器和U形管式換熱器等等。其中除板式換熱器外，其余幾種屬于管殼式換熱器。
由于管殼式換熱器具有單位體積上較大的換熱面積，而且換熱效果好，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、適應(yīng)性強(qiáng)、制造工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，已成為最為普遍使用的一種典型的換熱器。
二、管殼式換熱器中換熱管與管板的連接
在管殼式換熱器中換熱管和管板是換熱器管程和殼程之間的惟一屏障，換熱管與管板之間的連接結(jié)構(gòu)和連接質(zhì)量決定了換熱器的質(zhì)量?jī)?yōu)劣和使用壽命，是換熱器制造過(guò)程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
大多數(shù)換熱器的破壞及失效都發(fā)生在換熱管與管板的連接部位，其連接接頭的質(zhì)量也直接影響著化工設(shè)備及裝置的安全可靠性，因此對(duì)于管殼式換熱器中換熱管與管板的連接工藝就成為了換熱器制造質(zhì)量保證體系中最關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)。目前在換熱器制造過(guò)程中，換熱管與管板的連接主要有：焊接、脹接、脹接加焊接以及膠接加脹接等方法。
展開(kāi) 管殼式換熱器中換熱管與管板連接的工藝
概述
換熱器作為將物料之間熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的傳熱設(shè)備，在人們?nèi)粘Ｉ罴笆汀⒒ぁ?dòng)力、醫(yī)藥、原子能和核工業(yè)等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。它可作為獨(dú)立的設(shè)備，如加熱器、凝汽器、冷卻器等；也可作為某些工藝設(shè)備的組成部分，如一些化工設(shè)備中的熱交換器等。
尤其在耗能用量較大的化工行業(yè)中，換熱器在化工生產(chǎn)的熱量交換和傳遞過(guò)程中是不可缺少的設(shè)備，在整個(gè)化工生產(chǎn)設(shè)備中也占有相當(dāng)?shù)谋壤?換熱器從其功能上來(lái)看，一方面是保證工業(yè)過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，另一方面也是提高能源利用率的主要設(shè)備。按其結(jié)構(gòu)形式主要有板式換熱器、浮頭式換熱器、固定管板式換熱器和U形管式換熱器等等。其中除板式換熱器外，其余幾種屬于管殼式換熱器。
由于管殼式換熱器具有單位體積上較大的換熱面積，而且換熱效果好，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、適應(yīng)性強(qiáng)、制造工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，已成為最為普遍使用的一種典型的換熱器。
管殼式換熱器中換熱管與管板的連接
在管殼式換熱器中換熱管和管板是換熱器管程和殼程之間的惟一屏障，換熱管與管板之間的連接結(jié)構(gòu)和連接質(zhì)量決定了換熱器的質(zhì)量?jī)?yōu)劣和使用壽命，是換熱器制造過(guò)程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
大多數(shù)換熱器的破壞及失效都發(fā)生在換熱管與管板的連接部位，其連接接頭的質(zhì)量也直接影響著化工設(shè)備及裝置的安全可靠性，因此對(duì)于管殼式換熱器中換熱管與管板的連接工藝就成為了換熱器制造質(zhì)量保證體系中最關(guān)鍵的控制環(huán)節(jié)。目前在換熱器制造過(guò)程中，換熱管與管板的連接主要有：焊接、脹接、脹接加焊接以及膠接加脹接等方法。
展開(kāi) 
壓力容器專(zhuān)題 | 管板換熱器分析
問(wèn)題描述
某臺(tái)臥式固定管板換熱器，殼程金屬設(shè)計(jì)溫度下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm=183MPa，管程金屬設(shè)計(jì)溫度下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm=118MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力為0.58MPa，管程設(shè)計(jì)壓力為2.0MPa，殼程操作溫度為140.5℃，管程操作溫度為250℃。其他參數(shù)如下：
1、幾何模型
幾何模型如下圖所示，實(shí)體模型：
2、材料參數(shù)
材料參數(shù)如下圖所示，線彈性分析：
3、網(wǎng)格模型
網(wǎng)格模型如下圖所示，網(wǎng)格均勻整齊，符合壓力容器行業(yè)的網(wǎng)格習(xí)慣：
4、邊界條件
邊界條件如下圖所示，包含內(nèi)壓，對(duì)稱(chēng)條件等：
5、分析結(jié)果
應(yīng)力強(qiáng)度如下圖所示：
線性化應(yīng)力如下圖所示：
6、思考與展望
采用實(shí)體模型時(shí)，由于換熱管的長(zhǎng)度大數(shù)量多壁厚薄，劃分網(wǎng)格是個(gè)難點(diǎn)。由于網(wǎng)格規(guī)模的限制，厚度方向上很難劃為1層以上的單元，并且管長(zhǎng)方向上，單元長(zhǎng)寬比往往很大（建議不要超過(guò)20）。
展開(kāi) 固定管板換熱器的機(jī)械場(chǎng)應(yīng)力分析
固定管板換熱器的機(jī)械場(chǎng)應(yīng)力分析
一、 背景
換熱設(shè)備室一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、化工裝置中換熱器占設(shè)備總數(shù)的40%左右，占總投資的30%~45%。目前，在換熱設(shè)備中，使用量最大的是管殼式換熱器。我國(guó)管殼式換熱器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用GB151-1999。但隨著設(shè)備的大型化及操作的高參數(shù)化，不斷出現(xiàn)超標(biāo)的換熱設(shè)備。目前，對(duì)于這些設(shè)備可參照J(rèn)B4372-1995利用有限元法進(jìn)行分析計(jì)算并評(píng)定。計(jì)算與評(píng)定時(shí)一般應(yīng)考慮四種危險(xiǎn)工況，即：只考慮殼程壓力、只考慮管程壓力、同時(shí)考慮殼程壓力與溫差、同時(shí)考慮管程壓力與溫差。
二、 問(wèn)題描述
某臺(tái)臥式固定管板換熱器，殼程金屬設(shè)計(jì)溫度下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm=183MPa，管程金屬設(shè)計(jì)溫度下的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度Sm=118MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力為0.58MPa，管程設(shè)計(jì)壓力為2.0MPa，殼程操作溫度為140.5攝氏度，管程操作溫度為250攝氏度。其他參數(shù)如下：
進(jìn)、出口管板：管板為帶凸肩的整煅件，凸肩高度35㎜，殼程側(cè)凸肩計(jì)算壁厚17㎜，管程側(cè)計(jì)算凸肩壁厚18.5㎜，凸肩與管板連接處鍛造圓角半徑15㎜，如圖1所示；管板外直徑為φ840㎜，管板計(jì)算厚度100㎜。進(jìn)出、口端材料為0Cr17Ni12Mo2，彈性模量E=2e5MPa，泊松比μ=0.3。
殼程筒體：內(nèi)直徑為φ806㎜，計(jì)算壁厚等于17mm，材料為16MnR,彈性模量E=2e5MPa, 泊松比μ=0.3。
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2.4 高通量換熱管
高通量換熱管是在換熱管外側(cè)加工成縱向翅片，內(nèi)壁或外側(cè)燒結(jié)1層特殊覆層，可使傳熱表面積大為增加，并提供大量汽化核心，強(qiáng)化管內(nèi)或管外泡核沸騰傳熱，傳熱效率大約是普通換熱管（光表2 不同塔盤(pán)技術(shù)的二甲苯塔對(duì)比方案1方案2塔盤(pán)型式四溢流浮閥塔盤(pán)多降液管式塔器規(guī)格/mmΦ9600/Φ11200×107170(T/T)Φ9000/Φ9700×95190(T/T)塔盤(pán)層數(shù)155155殼體壁厚/mm74/9470/82塔內(nèi)件質(zhì)量/t1150800塔器殼體質(zhì)量/t33502200塔器總質(zhì)量/t45003000管）的2~4倍，可減小換熱器直徑、管長(zhǎng)或設(shè)備臺(tái)數(shù)，減小占地、降低能耗、節(jié)省投資。早期高通量換熱管多為進(jìn)口專(zhuān)利產(chǎn)品，隨著國(guó)產(chǎn)高通量換熱器的成功開(kāi)發(fā)和推廣，在近幾年的新建裝置中逐步替代了進(jìn)口產(chǎn)品，如某芳烴裝置中抽余液塔重沸器和抽出液塔重沸器采用國(guó)產(chǎn)的外溝槽、內(nèi)壁燒結(jié)的高通量換熱管，抽余液和抽出液塔頂蒸汽發(fā)生器、脫庚烷塔底重沸器和成品塔底重沸器選用了國(guó)產(chǎn)的外壁燒結(jié)高通量換熱管，運(yùn)行情況良好。
2.5 雙管板換熱器
芳烴工藝流程長(zhǎng)，分餾塔多，大部分的塔頂?shù)蜏?em>熱由于溫位較低，難以得到有效利用，以往多采用空冷及水冷來(lái)進(jìn)行冷卻，是芳烴裝置能耗較高的原因之一。國(guó)產(chǎn)芳烴成套技術(shù)發(fā)明了回收低溫熱發(fā)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)透平發(fā)電的工藝專(zhuān)利技術(shù)。低溫熱的利用需要使用管殼式換熱器進(jìn)行熱交換，而芳烴裝置中的催化劑和吸附劑對(duì)水含量有嚴(yán)格的限制，無(wú)論是采用發(fā)生低壓蒸汽還是熱水回收，如選用一般的單管板式管殼式換熱器，一旦因管板和換熱管之間的連接出現(xiàn)失效而造成管殼程竄漏，泄漏的水分可能會(huì)降低異構(gòu)化催化劑和吸附劑的性能，這將對(duì)芳烴裝置造成極大的危害。
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