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管壳式换热器由于管内外流体的温度不同,因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大,换热器内将产生很大热应力,导致管子弯曲、断裂,或从管板上拉脱。因此,当管束与壳体温度差超过50℃时,需采取适当补偿措施,以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施,管壳式换热器可分为以下几种主要类型:固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体,结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时,可在壳体上安装有弹性的补偿圈,以减小热应力。浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动,完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广,但结构比较复杂,造价较高。 u型管式换热器 每根换热管皆弯成u形,两端分别固定在同一管板上下两区,借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力,结构比浮头式简单,但管程不易清洗。涡流热膜换热器涡流热膜换热器采用的涡流热膜传热技术,通过改变流体运动状态来增加传热效果,当介质经过涡流管表面时,强力冲刷管子表面,从而提高换热效率。可达10000w/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式,在换热管表面形成绕流,对流换热系数降低。
【管壳式换热器标准制定历史】
管板是管壳式换热器重要的受力元件之一,管板的设计合理与否直接关系到换热器的制造成本的高低及综合性能的优劣。管板的强度计算作为管板设计的关键一环,一直是许多相关部门的研究,管板强度的计算方法也在不断地发展和完善。
1975年以来,美国的asme viii-i尝试给出适合各种管板类型的设计规范,在1983年板中给出u形管式换热器的简支和整体结构的管板计算方法,在1992年版中又加入了固定式换热器管板计算方法。法国压力容器规范codap于1986年出版的非规定附录里,给出了包括u形管式、浮头式、固定式换热器的管板计算方法。
多年来,主要工业都已有自己的管板设计计算公式或规定,如英国的bs 5500标准、美国的tema、日本工业标准jis、捷克压力容器计算准则、管板计算公式及tema修正计算公式、---的锅炉监察手册及联邦德国的ad规范等。
为促进承压设备在欧盟---内的自由贸易,2002年3月欧盟---正式表决通过了修改后的表尊en13445,并于同年5月30日颁布了该标准版,并且要求,所有与此相抵触的欧盟---同类---迟于2002年11月废弃。
en13445适用于设计压力大于0.05mpa、材料为铁素体或奥氏体钢的非直接接触火焰压力容器,设计温度低于以钢材蠕变控制其许用应力强度的相应温度,但不适用于如移动式压力容器、失效后导致辐射影响的---上的压力容器、能产生110度以上过热水蒸汽的压力容器等承压设备。
对于管板的设计、en13445中提出了两种方法,一种是传统方法,考虑内外压、几何尺寸等因素严格计算各种载荷状态引起的管板应力,并严格校核;另一种是分析方法,通过管板的分析,确定许用应力载荷。
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