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从安全设备学理论分析换热器 摘要：针对换热器，主要从换热器的结构材质、型号表示方法、安全分析、安全操作、运营维护比如应力分析、腐蚀之类的换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备列管式换热器具有承载高、处理能力大、加工方便、制造成本低、适用性广、运行可靠等特点, 因此, 在工程中得到了广泛应用但是, 由于换热器壳程的传热膜系数较低, 与其他形式换热器比较,传热效率低, 金属耗量大. 同时, 由于管外流体沿换热管的横向流动,器产生流体诱发振动.另外, 换热管与管板的连接处不可避免地存在间隙,这种间隙在换热器中是流体滞留区, 使管板与换热管间存在一定的电位差, 产生较严重的间隙腐蚀. 黑龙江某油化工厂液化汽装置的冷凝器, 由于间隙腐蚀问题, 使用寿命只有 3 a 左右, 一直没有好的解决办法. 为了解决这一问题, 本文提出一种无管板列管式换热器结构, 该结构在一定程度上提高了壳程的传热膜系数, 解决了间隙腐蚀问题, 消除了壳程的流体诱发振动, 减小了壳程流体的流动阻力,正文： 1.列管式换热器的结构 1.列管式换热器的总体结构 列管式换热器结构核心是传热管,多根传热答组合在一起就成为传热管束,把这些管束固定在管壳的上下管板中,就组成了列管式换热器。列管式换热器主要由壳体、管束、管板（又称花板）和顶盖（又称封头）等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上，管板分别焊在外壳的两端，并在其上连接有顶盖。顶盖和壳体上装有流体进、出口接管。沿着管长方向，常常装有一系列垂直于管束的挡板。进行换热时，一种流体由顶盖的进口管进入，通过平行管束的管内，从另一端顶盖出口接管流出，称为管程。另一种流体则由壳体的接管进入，在壳体与管束间的空隙处流过，而由另一接管流出，称为壳程。管束的表面积即为传热面积。流体一次通过管程的称为单管程，一次通过壳程的称为单壳程。 1.2列管式换热器的各部分结构数据结果 2.列管式换热器的应力分析 2.1管孔带效率 换热器管板强度分析中,应考虑管子对开孔管板的影响。可用管孔带效率来描述。定义为管孔带宽与管问距比管孔带宽可包括部分或全部管壁,按不同情况,值表示如下: .1.1考虑全部管壁 .2.2.2考虑一半管壁 2.2.3不考虑管壁的强化 3.考虑管子弯曲刚度的公式 Gar提出了一种考虑管子弯曲刚度的u型管束管板设计方法。这种方法计及管子弯曲刚度而不考虑挡板支承影响。它与ASME规范是一致的。每个管子的弯曲刚度决定于U型管的弯曲半径。这种影响,从管束.中心线起,随着径向距离r的增加而减少。两端夹持在园板上,半径为r处的U型管弯曲刚度可表示如下 3.1刚性管束管板的弯曲方程 假定管束是一个均质,无弯曲刚度的弹性介质。可认为与固定于管板问管子的轴向支承 相比较,管子的弯曲影响是可不计的。管束的弹性可表示为: 3.1.1承受管侧和壳测压力的管板表面分数为 3.1.1.1作用在管板上的有效压力可以用q表示 对上述方程微分得 Q与W1和W2有关。其中W为管板上的正反两面的弯曲程度。由此可见，为确定两块管板弯曲特性积分常数值要四个边界条件 3.换热器的安全操作 ⑴停车时，要先关蒸汽阀或其他热流体阀，再关冷水。并切断电源 ⑵停车后必须将换热器内残留的流体排出，以防冻结和腐蚀 ⑶在操作过程中要经常排除冷凝液和不凝气，以免影响传热 ⑷定期检查换热器的连接螺栓是否紧固、垫片密封是否严密 ⑸要保持主体设备外部整洁，各种仪表清晰准确 4.换热器的维护操作 （1）在化工生产中，常常需要对原料进行加热或冷却； （2）在化学反应中，需要及时移出或补充热量以保持最佳反应温度； （3）某些单元操作（如蒸发、蒸馏和干燥等）需要输入或输出热量，以保证操作的正常进行。 （4）设备和管道的保温，生产过程中热量的综合利用及余热回收等都涉及传热问题。 （5）换热器是用来进行物料之间热量传递的设备，它在设备投资和能量消耗方面均占有很大的比例。 5.列管式换热器流体阻力，震动强度及间隙腐蚀分析 从流动阻力和介质旁路泄漏方面分析,列管式换热器的流体压力降与流体阻力系数和流体流速有关.无管板列管式换热器壳程流体纵向流动的阻力系数,远小于有管板列管式换热器壳程流体沿换热 管横向流动的阻力系数,且无管板列管式换热器没有折流挡板,其流速、流量和流动方向无变化.当无管板列管式换热器管外壁间隙为2 mm时,上例中的管间流体流速仅为有管板列管式换热器管间流体流速的1.19倍.因此,无管板列管式换热器管外流体的流动阻力比有管