晋中管壳式换热器|旭辉换热设备|外壳 管壳式换热器

　山东旭辉换热设备有限公司，公司主营产品：各种换热设备，板式换热器，容积式换热器，半容积式换热器，列管式换热器，双纹管换热器，管壳式换热器，换热机组，供水设备，晋中管壳式换热器，定压*机组，变频供水设备，无负压供水机组，外壳 管壳式换热器，电子水处理器，旁流水处理器，全自动压差过滤器。

本文通过一个管壳式换热器的强度校核，将载荷分类为压力载荷和温度载荷，来说明结构在这些载荷作用下的应力响应特点，进而提出该结构改进的意见。本文采用三维有限元的分析方法，来研究其内在规律。

换热器结构尺寸及载荷工况

BEM型换热器结构如图1 所示，管板上共有500 根换热管，分布在管板的上半部分，左右对称。结构尺寸和材料：管板内径：1300 mm；管板厚度：80mm；法兰外径：1460 mm；管板材料：00Cr19Ni10；壳体厚度：24mm。

为简化计算，在建立有限元模型时，只考虑换热器的管板、壳体、管束和膨胀节等主要结构，法兰垫片用等效的均布比压来代替。

由于整台换热器结构是前后左右对称，所以只取组合体的四分之一，换热管长度取一半。换热管是细长形状，所以用杆单元来模拟。这样的作法对管子附近的管板应力计算是不准确的，事实上，如果考虑换热管和管板的胀焊连接，该处的真实应力也很难计算。根据圣维南原理，这样处理对远处的非布管区管板的计算影响不大。

壳体和膨胀节用20节点六面体单元划分网格，管板用10 节点四面体单元来划分网格，在管板和壳体过渡的区域是13节点的五面体锥型单元。管束用2节点杆单元来划分网格。表示换热管的杆单元节点与表示管板的实体单元节点在对应位置上重合。整个分析过程?**用ANSYS有限元软件来完成。

在结构的前后对称面和左右对称面上加上对称边界条件，即这些面上的法向位移为零。换热管的一端固*移，另一端与管板连接。此外，还需要限制整体结构的刚体位移。

取正常操作工况为校核的工况，其具体数值为：壳程压力：Ps .= -0.1 MPa；壳程温度：Ts=230℃；管程压力：Pt =0.2MPa；管程温度：Tt=50℃；管板温度：T=140℃；法兰垫片压力：Pc=69MPa；法兰螺栓预紧力：116.5kN。

由于管板上的开孔面积只占其总面积的约5%，所以忽略当量压力和管程压力之间的差别。

根据换热器操作工况下温度载荷的经验数据，其分布如下：在结构的下半部，管板的中截面处的温度为140 ℃，膨胀节处的温度为230 ℃，在结构的上半部，管板的中截面处的温度为120℃，膨胀节处的温度为200 ℃，从管板到膨胀节，根据空间位置的不同，进行双线性插值。筋板的温度，也按照这一规律进行插值。

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管壳式换热器是料液走管程(就是管子里面)，冷却水走壳程(管子和壳之间)，管壳式正好相反。

列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，为壳程流体。为****管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可****壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

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可持续发展的重要环节。 换热设备污垢的形成过程涉及质量、动量及能量的传递，是一个****其复杂的物理、化学过程，目前还难以进行严格的理论分析以提出一个较为****地、普遍适用的污垢形成机制。只是由于实际应用的需要，迫使工程技术人员依据经验，采用一些半理论、半经验的方法来研究污垢问题。

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