對(duì)一個(gè)管殼式換熱器進(jìn)行溫度和壓力載荷作用下的有限元強(qiáng)度分析,并對(duì)這兩種載荷作用 下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)做分類(lèi)研究,然后對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),作同樣的分析。比較這些結(jié)果,得出考慮溫度載荷作用下的換熱器強(qiáng)度校核的規(guī)律和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。

管殼式換熱器是化工、石油、輕工、能源等工業(yè)應(yīng)用廣泛的過(guò)程設(shè)備之一，它具有選材范圍廣，換熱表面清洗較方便，適用性較強(qiáng)，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點(diǎn)。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要依據(jù)是GB151［1］，GB151 中關(guān)于換熱器管板強(qiáng)度校核是根據(jù)彈性基礎(chǔ)上薄板理論，在軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的條件下，將薄板的三維變形簡(jiǎn)化為二維梁式變形，由此來(lái)計(jì)算其強(qiáng)度的。而換熱器殼體厚度的選擇，主要是根據(jù)殼體所受到的殼程壓力來(lái)確定。

換熱器由于其工作特點(diǎn)，不僅有管程壓力和殼程壓力等載荷作用，而且還要受到工作介質(zhì)的溫度載荷作用。在GB151 中對(duì)壓力載荷，給出了管板和殼體的尺寸選擇，及固定管板兼作法蘭的管板和殼體的連接方式。然而，對(duì)于在溫度載荷作用下，這些尺寸卻沒(méi)有具體的說(shuō)明要求。

本文通過(guò)一個(gè)管殼式換熱器的強(qiáng)度校核，將載荷分類(lèi)為壓力載荷和溫度載荷，來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)在這些載荷作用下的應(yīng)力響應(yīng)特點(diǎn)，進(jìn)而提出該結(jié)構(gòu)改進(jìn)的意見(jiàn)。本文采用三維有限元的分析方法，來(lái)研究其內(nèi)在規(guī)律。

1.，該換熱器傳熱系數(shù)為6000-8000W/m2.0C。2.全不銹鋼制作，使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)20年以上。3.改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻。4.換熱速度快，耐高溫（400℃），耐高壓（2.5Mpa）。5.結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，重量輕，安裝方便，節(jié)約土建投資。6.設(shè)計(jì)靈活，規(guī)格齊全，實(shí)用針對(duì)性強(qiáng)，節(jié)約資金。7.應(yīng)用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質(zhì)熱交換。8.維護(hù)費(fèi)用低，易操作，清垢周期長(zhǎng)，清洗方便。9.采用納米熱膜技術(shù)，顯著增大傳熱系數(shù)。10.應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，可廣泛用于熱電、廠(chǎng)礦、石油化工、城市集中供熱、食品、能源電子、機(jī)械輕工等領(lǐng)域。

管殼板式換熱器流道的結(jié)構(gòu)是怎樣的？

　　　管殼式換熱器是由前水室、管束、筒體、后水室等組成。管束采用可抽式管束，它由前后管板、折流板、拉桿、定距管、換熱管組成。拉桿與管板、拆流板采用絲扣連接，換熱管與管板采用脹接加密封焊。在殼側(cè)水入口處的管束上設(shè)置防沖板，以防止被冷卻水直接沖刷換熱管。為了減少管束裝入或抽出筒體時(shí)的摩擦力，在管束上設(shè)有滑軌。為了檢查清理室中垃圾、泥沙及管子的堵塞等，在前后水室端蓋上設(shè)有檢查孔。為了監(jiān)視水水換熱器的運(yùn)行情況，在被冷卻水側(cè)（除鹽水側(cè)）及冷卻水側(cè)（海水側(cè)）進(jìn)出口都設(shè)置溫度和壓力測(cè)點(diǎn)，此外還設(shè)有排氣和放水接口等。

　　雙殼程換熱器可以改善熱效應(yīng)。分流式換熱器，適用于大流量且壓降要求低的情況。中間的隔板作為冷凝器時(shí)可以采用有孔板;雙分流式換熱器，適用于低壓降的情況，當(dāng)一物流與另一物流相比溫度變化很小的情況,以及適用于溫差很大或者傳熱系數(shù)很大的情況，由于現(xiàn)有的雙殼程縱向隔板的密封效果并不十分可靠。因此 在工藝要求比較苛刻場(chǎng)合,有時(shí)要將2臺(tái)或3臺(tái)重疊放置，殼程用接管相互聯(lián)通，以達(dá)到真正的殼程分程目的。

　　一、橫向流縱向流的工藝計(jì)算已相當(dāng)完備，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，螺旋流結(jié)構(gòu)由于產(chǎn)生時(shí)間較短。加之實(shí)際結(jié)構(gòu)與理想模型差距較大,工藝計(jì)算不夠完備；

　　二、殼程用于蒸發(fā)類(lèi)型的換熱器一般選用橫向流結(jié)構(gòu)即可，因?yàn)榭v向流結(jié)構(gòu)；螺旋流結(jié)構(gòu)制造比橫向流復(fù)雜得，制造費(fèi)用也高。蒸發(fā)類(lèi)型的換熱器一般殼程要求有較大的蒸發(fā)空間，阻擋蒸發(fā)氣流的部件越少越好。

　　三、要求總傳熱系數(shù)高；由于縱向流和螺旋流都具有強(qiáng)化殼程傳熱的特點(diǎn),選用這2種結(jié)構(gòu)是恰當(dāng)?shù)摹?