管壳式换热器蒸汽进口结构的改进分析

摘要：板壳式换热器蒸汽进口离管板太近，蒸汽容易直接冲击换热管与管板焊接处，造成局部热应力过大，导致换热管与管板焊接处撕裂。在无法改变管口位置的情况下，可以通过加焊夹套的方法来解决这个问题。

中图分类号：TE965文献标识码：B文章编号：1008-553X（2011）06-0054-02 1·前言

目前，我国石油化工行业中换热设备投资占总设备投资的40%以上。在换热设备中，因管壳式换热器具有结构合理、操作弹性大、可靠程度高、适用范围广等特点，得到了广泛的应用。所以合理地优化管壳式换热器结构设计，缩短检修时间，延长其使用寿命，能大大提高其经济效益和社会效益。

2·主要参数与问题简介

在我们的设计回访咨询过程中，有一台已经运行的再沸器，通过壳程蒸汽加热将管程介质由液态汽化，供工艺下道工序使用，其技术参数见表1，设备简图见图1。设备运行一段时间后,发现管程内介质有流失现象，经过停车检查，发现靠近蒸汽进汽口周围的一部分换热管与管板的连接角焊缝被撕裂，使管程内介质经破损处流入壳程。该设备已投产运行，且造价不菲，弃置不用将是一个极大浪费，因此对该设备的检修改造刻不容缓。

3·原因分析

本设备在设计中按《管壳式换热器》(GB151-1999）标准要求设置了防冲板，并参照《钢制列管式固定管板换热器结构手册》的相关规定设计了防冲板的相关结构型式，《钢制列管式固定管板换热器结构手册》虽为实用性强的参考书，但它也不可能针对千变万化的工况一一罗列给出相应结构对策，因此需要设备设计人员针对各异的工况在工艺结构方面作出相应的对策。

对该台换热器而言，防冲板防止了蒸汽对换热管表面的直接冲刷,但因蒸汽进口离上管板处较近，下有折流板的阻挡，壳程进口蒸汽变向后直接冲向了换热管与上管板的连接焊缝处，造成该处局部范围内产生了过大的温差应力，已超过了换热管与上管板焊缝的承受极限，这是导致其撕裂的主因。

4·解决办法

现场通用的方法是堵管，坏一根堵一根。虽然该方法简单易行，但结构上的缺陷客观存在，是一种消极的办法，且不断地减少换热面积。

我们设想能否从根本上对该设备的蒸汽进口部分进行结构改造。如果设计之初在防冲板上部再加焊一块防冲盖板，以防止加热介质直接冲刷换热管与管板的接合部分，那么这个问题也许就可减轻或避免了。但对于现实中的这台设备，我们无法再去加焊防冲盖板，故采取了加焊夹套的办法，见图2所示，即把蒸汽进口管焊在增设的夹套上，在蒸汽进口管正对着的壳体部分加焊一块防冲垫板，这样加热介质不会直接冲向换热管。我们在壳体四周再均布开四个方孔，使蒸汽先环绕夹套所围的筒体并预热它，然后再进入壳程换热管的加热空间。这样就缩小了管板与换热管之间的温度差，使温度场的分布趋于均匀合理，在一定程度上降低了该处的温差应力，使管程的介质再沸工况得以优化。设备作此改进后，生产单位反馈良好，操作稳定，不再有换热管与上管板的焊缝被撕裂的现象发生。

5·结束语

通过加焊夹套的方法避免了局部热应力过大导致的换热管与管板焊接处撕裂的现象，使生产操作更加稳定，降低了维修费用，延长了设备使用寿命。这也提示我们，一个设计人员在进行设备设计时不能简单地套用相关规定，应具体问题具体分析，在技术上精益求精，使之转化为令人欣喜的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]GB151-1999，管壳式换热器.

[2]阮世勋，雷运清，孔祥乐，等.金属连续超声焊接的试验研究[J].轻 工机械，2005（1）:83-85.

[3]轩福贞，涂善东，王正东，等.非匹配焊缝裂纹高温断裂力学参量的估算[J].材料工程，2003（10）:3-6.

作者：程刚，宋天宝

（安徽省化工设计院，安徽合肥230009）