本文整理自馮清曉,謝智剛,桑如苞.管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算中的重要問題.石油化工設(shè)備技術(shù),2016,37(2).

這是篇信息量非常大的文獻，三位作者都是業(yè)內(nèi)的知名人士，他們對標(biāo)準(zhǔn)的解讀和補充具有重要的參考價值。

1

GB151規(guī)定的筒體最小厚度要遠大于一般的容器，這是為了保證筒體剛性，利于管束安裝或抽出。GB151也不要求像其他臥式容器一樣對換熱器（包括重疊式換熱器）筒體進行鞍座局部應(yīng)力校核。另外，考慮到管板、換熱管、折流板及拉桿等置于筒體內(nèi)部，這與一般臥式容器的“空筒”完全不同，文章認為目前臥式容器的計算模型并不完全適用于臥式容器。

2

殼程介質(zhì)為兩相流體時，折流板缺口應(yīng)左右布置。若上下布置是不可行的，各論壇對此的討論比較多，不細說。

對于殼程為單相液體，折流板缺口應(yīng)上下布置。若采用左右布置，會使介質(zhì)水平迂回前行，溫度高的流體總在上方，低的在下，這樣流場溫度不均會影響換熱效率。

當(dāng)殼程介質(zhì)為單相氣體時，折流板缺口水平下下，或垂直左右布置并無多大差別。這是因為氣體密度較小，即使是缺口上下布置，液體翻過上缺口后向下翻動，此舉對流場溫度的均布作用不大。

3

對于立式換熱器拉桿的固定端，究竟是在上管板好還是在下管板好，這點各論壇也沒少討論。文章站在“拉桿應(yīng)固定于下管板”一方。

4

設(shè)置防沖板應(yīng)考慮管束的安裝問題，這點也經(jīng)常看到討論。

5

設(shè)置了膨脹節(jié)的立式容器，其以支座為界的上、下部分筒體總軸向剛度不同。剛度較大的部分，其承較多的軸向力（或總重）。研究表明，設(shè)置膨脹節(jié)后的軸向拉壓剛度可為無膨脹節(jié)時筒體剛度的1/10甚至更小。也就是說，不設(shè)置膨脹節(jié)的那部分筒體將承擔(dān)90%的總重。

如果將膨脹節(jié)設(shè)于支座上方，下部筒體將承擔(dān)90%總重產(chǎn)生的軸向拉伸。因為筒體承受軸向拉伸的能力要比承受壓縮大得多，這要比將膨脹節(jié)設(shè)于支座之下，讓筒體上部承受90%總重產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力要好。

另外文章還提到，應(yīng)將不進行無損檢測的殼程最后一道環(huán)焊縫置于支座上方，避免焊縫受拉。

6

文章還提到了一個比較糾結(jié)的問題，即多管程管箱法蘭要不要考慮分程隔板墊片反力。文章認為，分程隔板處的墊片屬于內(nèi)密封，其壓緊不全靠螺栓，將此處的墊片按普通墊片計算是不妥的。第一作者的另一篇文章馮清曉等.帶隔板管箱法蘭的密封力計算.石油化工設(shè)備技術(shù),2014,35(1).有較為詳細的分析，分析認為，我國的長期實踐表明，這個分程隔板處的墊片反力不考慮或許是更恰當(dāng)?shù)摹?/span>

7

對于管箱封頭直接與管箱法蘭相連的情況，人們通常引述GB150.3第5.11.3.1條，而不進行計算。該條認為下圖中帶法蘭的凸形封頭，封頭、法蘭可以分開計算。

但文章認為，按Waters法，與長頸法蘭錐頸相連的圓筒長度應(yīng)不小于法蘭力矩的衰減長度。如果法蘭直接與封頭相連通常是無法滿足這個長度的，所以此時長頸法蘭應(yīng)按長頸活套法蘭計算。

8

對換熱管來說，由于用于校核軸向壓縮應(yīng)力的換熱管只是其中受壓最嚴(yán)重的那部分，其他換熱管中的壓應(yīng)力并沒有這么大，而且相當(dāng)多的換熱管尚處拉伸狀態(tài)，所以換熱管的軸向壓縮失穩(wěn)具有“重分布”的趨勢，為此其許用壓縮應(yīng)力可適當(dāng)放寬，就此GB/T151-2014 7.3.2.2中，將安全系數(shù)由99版中的2.0（GB151-1999 5.7.4.2）放寬至1.5。

9

在計及膨脹節(jié)波谷中的軸向力后，使上管板在管殼程壓力作用時周邊的剪力變成同向，加大了管板的應(yīng)力，有可能成為危險工況，為此GB/T151-2014中作了重要修改，并且又考慮了管殼程壓力同時作用及管殼溫差共同作用的工況，從而使危險工況由4個變成6個。

10

隨著設(shè)備大型化后，特別是換熱器直徑和長度大大超出常規(guī)范圍時，其管板管束折流板等的重量是非常巨大的。有限元分析表明，其對管板應(yīng)力的影響是不能忽略的。此時換熱器由管板等內(nèi)件重量對管板應(yīng)力的影響已超過壓力作用的影響，成為管板計算厚度的控制因素。

11

對于U型管換熱器，較高的管程壓力雖并未直接作用于殼程法蘭，但它會作用于管板的管橋和管束上，產(chǎn)生軸向載荷，此載荷會被傳遞至管板與殼程法蘭間的墊片上，從而再傳遞至

殼程法蘭。所以就算殼程壓力為零時，殼程法蘭所受的軸向載荷與管箱法蘭所受的軸向載荷是一樣的，即此殼程法蘭承受的預(yù)緊力矩和操作力矩與管箱法蘭是相同的。所以這對法蘭的設(shè)計壓力一律應(yīng)取管殼程較高的設(shè)計壓力，設(shè)計溫度則可各取各的或由傳熱計算決定。其墊片和螺栓一律按較高一側(cè)的設(shè)計壓力和較高一側(cè)的設(shè)計溫度進行設(shè)計。

12

后面是不太常見的一些換熱器結(jié)構(gòu)的分析，包括：浮頭法蘭的合理設(shè)計，特殊結(jié)構(gòu)U型管換熱器管板的計算，特殊結(jié)構(gòu)浮頭式換熱器管板的計算，特殊結(jié)構(gòu)填料函式換熱器管板的計算，特殊結(jié)構(gòu)柔性薄管板換熱器管板的計算，感興趣可閱讀原文獻。