固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定

固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定

房立帅 王瑞敏 焦守一

山东鲁润热能科技有限公司，山东 济南 250305

摘要:换热器通俗来讲是同种流体间能够通过热能传递的一个机器装备。不管是多种流体亦或者是固定粒子，相遇时将能够产生热接触。换热器之所以在工业生产中受到重视，原因在于工业领域所需要的食品、能源等行业都有换热器存在，换热器在工业生产中占据重要地位，由于它的特点之一是能够对能源进行存储转换，因此在新能源利用中收到相当好的效果。随着全球经济飞速发展，在能源利用上经常出现浪费资源等问题，工业生产带来的不仅是发展，也产生能源紧张的弊端。因此，为了节约能源及寻求循环利用的办法，全球目前都致力于此项活动。换热器之所以被广泛应用，很大一部分原因则是因为在化工生产中能通过合能源来进行转换回收。换热器是由管板和换热管综连接而成的，因此若是结构不连续，局部产生应力集中或应力过大会造成换热管出现破败现象，导致产生各种质量问题。综上所述，本文将详细讲述关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定的必要性及出现问题后相关解决措施。

关键词:固定管板式；换热器管板；应力分析和强度

引言:关于工业企业生产过程中的机器设备换热器，它分为四种种类，有接触式，蓄热式，间壁式和中间载体式几种，但厂里最常用的乃是表面式换热器，而固定管壳式换热器则是间壁式分类而来，它的结构特点是十分坚固，且适用范围广，能够承受住企业较大的操作压力，之所以如此受企业青睐，其中的原因是生产成本低，清洗操作方便。尽管在科技高速发展的时代有各类新型换热器出现在市场，但固定管板式换热器依然占据主导地位，则是因为它的优点多。

一、关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度必要性

固定管板式换热器之所以站在主导地位，则是因为它造价成本低，受众范围广，且能承受压力大。且它损坏之后可以进行更换，简单快捷。尽管固定管板式换热器拥有众多优点，但也存在一定硬伤，它由于结构原因容易导致管束与壳体之间的壁温过大而泄露，或者封口被腐蚀等，当它产生较大热应力，将会致使换热管失效或运行停止。因此，当固定管板式换热管里面的流体介质存在温度差时，应当经过精密的应力分析强度问题，来确保把应力控制在一定范围内，避免过大而遭受损坏。

二、关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度出现问题

1.固定管板式换热器壳体失效，容易产生应力腐蚀

由于换热器在工业中经常需要在传热设备中运用，作为一款通用工艺设备，不仅石化与炼油可以使用，核电化工也十分常用。但由于各类换热器所使用的流体及环境条件不同，亦或是在选材方面与工艺方面不合格，因此会产生多种原因的失效，导致降低工作效率。在长期使用过程中，换热器经常会在此受到各种磨损问题，若是厂内有使用换热器，应当定期进行维护换修，保持机器使用安全。固定管板式换热器的外观及内部结构特点将会导致它产生两个问题，一个是容易导致换热器壳体失效，因此会应力腐蚀。固定管板式换热器是由管板和壳体连接而成，由管板管束等主要部位组成，它的外观紧凑简单，价格也相对较为低廉，但能够承受较为高的压力。固定管板式换热器是焊接而成，管子被固定在管板上，周围则是用螺丝固定住。若是壁温过高或膨胀时，将会形成一个很大的热应力，若没有用热补偿来缓解流体温差过大的问题，将会对固定管板式换热器产生一个较大损坏。流速过大也是一个形成表面腐蚀的原因，壳体材质与其他物质元素接触，将会产生化学腐蚀性，由于各类换热器材质不同，若采用不锈钢换热器则是容易导致晶间腐蚀。

2.管板与换热管连接处失效，管束失效产生磨损腐蚀

由于固定管板式换热器的投入使用的环境不一样，关于其结构问题，还有连接方式，例如胀接、焊接和胀焊等不同，将会受到冷热交变应力的影响，都会导致流体在管子间泄漏，因此会严重影响工作进度。除此之外，若是封口采用焊接封住，容易导致表面形成腐蚀，裂纹问题。由于换热管在工作环境中因为流体问题对内壁进行不断腐蚀，温差原因导致热胀冷缩现象，从而导致换热管产生一个泄漏现象。其中换热管的结构上呈现几何状态，若因为冷热应力的问题或污垢杂质情况，会产生腐蚀，断裂等危害，影响机器的正常运转，降低工作效率。除此之外，设备运行强度过大，流体腐蚀性强也会导致管束失效，降低其换热能力。

三、关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度评定解决措施

1.选用优质材料及先进工艺技术

由于换热器处在的环境是拥有较大压力，因此需要采用优质原料，避免过早因为腐蚀和泄漏问题而更换。因此关于换热器选择材料的标准上看，应当根据国家标准进行购置，并且关于环境不一样等问题，应当让设计师进行查看，选用最适合流体的管子材料。由于各个元件在使用过程极易损耗，因此应当提前选择没有电势差的，以便于降低使用过程中的磨损破坏。除了在零件元件方面需要注意，先进的工艺技术也是维持换热器长期使用的原因。为避免容易断裂等现象，应当选择厚度较大的材质，提高摩擦能力。由于固定管板式换热器的工艺大多为焊接，因此需要提前在这些部件进行清洁，保证焊接过程中的质量。而膨胀节的选材也十分关键，应当仔细查看好各个部位，挑选出较为合适的厚度膨胀节，避免使用过程中造成泄漏，提高该机械使用寿命。

2.做好防腐工作，提高设备抗腐蚀风险

若是换热器没有做好防腐蚀工作，极易在长期使用中相关零件被腐蚀，因此设计师不仅要选好优质的防腐蚀材质，而且需要采取涂层方式，涂料可以在一定程度上增加弹性，加强防腐蚀和防止断裂效果。固定管板式换热器很容易失效原因不仅是材料问题，工艺问题也占据大部分，因此材质选择一定要慎重，并且选取焊接工艺好的师傅进行制作，避免导致换热器失效问题。此外在检修方面需要重视，不仅制造加工过程需要多加监督侦查，提升工艺技术以及做好防腐蚀工作能够更好的维护固定管板式换热器的寿命，保证在工业活动中高效运行，提高生产效率。

3.通过日常维护，延长换热管寿命

换热器在选材和工艺制作上不仅需要仔细，日常维护来延长寿命也是有必要进行的一项工作。换热器在机器运行的长期过程中，容易在外部内部积累一些污垢，这些颗粒物和悬浮物容易导致流体流转时不通畅，严重的还会降低传热热阻。因此，在换热器的维护休整上应当安排具备专业素养的人员进行定期查看更换，对设备的温差问题和流速及污垢现象进行判断，记录分析它的情况，若是出现换热器失效等问题，及时跟进并寻找解决方案，一定要时刻关注检修结果。并且在换热器使用过程中，一般会有工作人员的操作导致失误问题，这方面是属于应用操作技术差产生的违规操作现象，因此应当提高警惕性，加强对员工的专业知识培训，以杜绝此类状况发生。

四、结束语

综上所述，关于固定管板式换热器管板的应力分析和强度分析，可以发现如今随着人们生活趋势变化，它运用范围逐渐变广。由于现如今社会需要对能源进行保护，因此换热管的优点降低能源损耗，超低温耐腐蚀强且可以自洁方式受到青睐。因此，全球目前主流形势是运用高效节能，降低生产成本并采用全新材料工艺来提高自动化水平，因此为了让换热器能够长期使用，应当进行应力分析和强度分析，维持循环利用的固定管板式换热器理念应运而生。

参考文献：

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