【正文】 但傳熱效率將。 防振措施 97 (1)改變流速。這時的特征是管子的振幅將隨著流速的增加而急劇的增大，使管子遭到碰撞而最終導(dǎo)致破壞。由于紊流抖振機(jī)理上缺乏對于液體介質(zhì)的論證，故現(xiàn)有公式只適用于氣體介質(zhì)。 2．紊流抖動 (有聲振動或無聲振動 ) 在密排的管束中，因沒有足夠的空間形成卡門漩渦的脫離，規(guī)律性的卡門漩渦將為寬頻帶的脈動的紊流漩渦所代替。 振動成因 1．卡門漩渦 (有聲振動或無聲振動 ) 在橫向流中，流體周期性從管子表面脫離的卡門漩渦是管束震動的主要原因之一，但這必須在管心距較大的情況下才會產(chǎn)生，一般認(rèn)為在下列范圍內(nèi)才有可能產(chǎn)生卡門漩渦： 對順排管束 ~,~?? oo dLdT ； 對錯排管束 ~,~?? oo dLdT 。 通過管殼式換熱器中流體誘發(fā)的振動計算，可以估計到發(fā)生振動的可能性，從而在設(shè)計中采取措施， 避免振動發(fā)生。 (2)對于可抽式管束如換熱管為正方形排列時，可先打管程高壓，用窺視鏡從管板背面檢查泄漏情況。 94 出現(xiàn)上述的工況時，一般有如下處理方法： (1)用 eLR? 的應(yīng)力值計算殼程的試驗壓力，以盡量提高殼程試驗壓力使其達(dá)到管程試驗壓力，但此時必須注意殼程其他受壓元件是否也能承受在此試驗壓力下的強(qiáng)度及密封性能。 93 管程壓力高于殼程壓力時管接頭的試壓 這種情況下，如何進(jìn)行連接接頭的試壓， GB l51 規(guī)定“當(dāng)管程試驗壓力高于殼程的試驗壓力時，接頭試壓應(yīng)按圖樣規(guī)定，或按供需雙方商定的方法進(jìn)行”。 ②連接接頭試壓合格后，拆除前后試壓胎具，裝上管箱和浮頭法蘭進(jìn)行管程試壓 。 ②卸下環(huán)狀試壓 胎具，裝上管箱后，進(jìn)行管箱施壓。 ①殼體試壓，同時也檢查了連接接頭和殼程的強(qiáng)度和致密性； ②殼程試壓完畢后，裝上管箱和頭蓋進(jìn)行管程試壓。 一般采用液壓試驗，當(dāng)結(jié)構(gòu)不 適用于做液壓試驗時或試壓后不允許微量試壓的液體殘 91 留時，則采用氣壓試驗；當(dāng)介質(zhì)為易燃、易爆或為有毒時，一般在液壓試壓后還須做氣密性的試驗。 (2)殼程試壓； (3)管程試壓。 。即使殼體和換熱管的線膨脹系數(shù)相同，但在加熱的過程中，殼體受熱快，管束受熱慢；由于溫差的作用，殼體的熱膨脹要比管束大，因此殼體伸長會受到管束的約束，使管束受到拉應(yīng)力，殼體受到較大的壓應(yīng)力。 固定管板換熱器的焊后整體熱處理是指殼體 和管板管束系統(tǒng)，包括與殼體連為一體的管箱，其方法有兩種： (1)分段熱處理：先將殼體進(jìn)行焊后熱處理，然后在管板、殼板、換熱管組焊完畢后進(jìn)行局部熱處理，這種處理方法周期長、能耗大、勞動強(qiáng)度大。 89 16 管板與殼體的連接 管板與殼體圓筒 (或是管箱圓筒 )的連接結(jié)構(gòu)可以有多種型式，見 GB 151 附錄 G，設(shè)計時應(yīng)充分考慮到該處的受力特點，即高邊緣應(yīng)力區(qū)與焊縫重疊，溫度應(yīng)力大。檢測示意方法如圖 所示。 近年來國外工程實踐提出了對管子管板焊接角接頭進(jìn)行射線檢測的要求，有效地控制了接頭的內(nèi)部質(zhì)量。 88 當(dāng)采用會因潤滑油污染管孔的方法進(jìn)行脹接時，則應(yīng)采用先焊后脹的方法，并且要用特制的脹管器，離焊縫 15mm 后開始脹接，以保護(hù)焊接管接頭； 當(dāng)采用不會污染管孔的方法進(jìn)行先脹接后施焊時，應(yīng)特別注意焊接時縫隙間的排氣問題，也可以考慮脹接時管端滿脹，不留 空隙。 脹焊并用 脹焊并用可以有強(qiáng)度脹加密封焊或強(qiáng)度焊加貼脹，其適用場合： ①密封性 能要求較高的場合； ②承受振動、疲勞及交變載荷的場合； ③有間隙腐蝕的場合； ④采用復(fù)合管板的場合 (特別是當(dāng)覆層厚度較薄時 )。 87 內(nèi)孔焊的特點為： (1)焊縫的溫度接近于殼程介質(zhì)溫度； (2)換熱管與管孔間不存在間隙，無間隙腐蝕； (3)焊接接頭是對接形式，可承受大的載荷。 2．密封焊 管接頭的密封焊主要作用是保證更好的密封要求，僅能承受換熱管的部分軸向剪切載荷，焊縫高度 H 可以小于 倍的管子壁厚，但一般不宜小于管子壁厚。強(qiáng)度焊必須是填絲的氬弧焊，否則只能作為密封焊。該焊縫的設(shè)計強(qiáng)度大于或等于管子軸向的最大許用強(qiáng)度。 86 缺點：有危險，要有專門的場地及專業(yè)化的操作；炸藥的藥量要通過試驗，炸藥包要進(jìn)行專業(yè)化的生產(chǎn)。 （ 4）爆炸脹接 原理：通過試驗，靠定量成形的炸藥包的爆炸使換熱管瞬間向外擴(kuò)張，達(dá)到脹接的目的。 優(yōu)點：不用潤滑劑，干凈可用 于先脹后焊；管壁受力均勻，隨著泵壓的增高逐步達(dá)到脹接的目的。 缺點：需用高精度換熱管，橡膠硫化在芯軸上不可換，故成本稍高，如果做成橡膠袋可更換的脹槍則會大幅下降。 (2)液袋脹接 原理 :基本原理源于液壓脹接 ,但為了防止泵液殘留在管內(nèi) ,故在芯軸與換熱管之間加了一個橡膠袋 ,泵液壓力通過橡膠袋傳遞到換熱管上 ,具有液壓脹的優(yōu)點。 優(yōu)點：可使換熱管均勻向外擴(kuò)張，冷作硬化稍輕，可進(jìn)行深孔定位脹接，脹接長度不受限制；泵壓只與材料、壁厚及脹度有關(guān)。 缺點：冷作硬化稍嚴(yán)重，要用潤滑劑，不利于先脹后焊。 84 原理：靠帶錐度心軸右轉(zhuǎn)帶動錐度滾柱左旋向外擴(kuò)張，使管子不斷向外變形達(dá)到脹接目的。 (6)管孔及換熱管外圓面應(yīng)潔凈，管端 2 倍管板厚度范圍內(nèi)呈現(xiàn)金屬光澤，以提高脹后的密封性能。 (4)嚴(yán)格控制管孔與換熱管的徑向間隙，應(yīng)該說徑向間隙是影響管接頭脹接質(zhì)量的最重 83 要的因素；因為脹接時必須先消除間隙然后繼續(xù)脹才能達(dá)到脹接的目的，所以間隙愈大愈易過脹， GB 151 中 I 級管束的脹接質(zhì)量肯定比Ⅱ級的好，而且在管子與管板不存在硬度差時，間隙的劃、至關(guān)重要的， TEMA 要求不銹鋼換熱管與不銹鋼管板在脹接時，采用“特殊緊配合”也就是用小間隙彌補(bǔ)無硬度差。 ． 強(qiáng)度脹結(jié)構(gòu)的開槽尺寸 8363mm 的規(guī)定是為了在較薄的管板 (如 25mm 厚 )開兩個槽的需要，當(dāng)管板較厚時，這個尺寸是可以改變的；對于機(jī)械脹接 3mm 寬的槽是可行的，然而，當(dāng)使用柔性脹接時，必須加寬槽的寬度尺寸，“容規(guī)”第 105 條推薦槽寬等于 (— ) dt ， (d—— 換熱管的平均直徑； t—— 換熱管壁厚 )，如： ?? 的換熱管開槽寬度應(yīng)為 ~ 之間，所以 GB 151 中規(guī)定可根據(jù)不同的脹接方法修改有關(guān)尺寸。 82 2．強(qiáng)度脹的設(shè)計施工要求 (1)脹接長度：取管板厚度減 3mm 和 50mm 兩者的小值，這與 TEMA 的 R 及 B 類相同， TEMA 的 C 類還要考慮 2 倍的管外徑三者的小值。 在上述因素中，溫度及振動的影響是關(guān)鍵的，在溫度不高的情況下，適當(dāng)調(diào)高壓力也是允許的。 貼脹系指消除換熱管與管孔之間縫隙的輕度脹接 (light expanding)，貼脹要有一定的脹度，按壁厚減薄率脹度取 Z22％左右為宜。 K 的控制值見下表 。而管壁減薄率脹度公式在國內(nèi)外制造業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。 對一些比較苛刻的使用場合也有用強(qiáng)度脹加強(qiáng)度焊的管接頭連接型式。 79 15 換熱管與管板的連接 換熱管與管板的連接 (以下簡稱管接頭 )的質(zhì)量是換熱器質(zhì)量的最重要的標(biāo)志，換熱器的失效絕大多數(shù)集中在管接頭上，因此合理選用安全可靠的管接頭型式，使用相應(yīng)的加工設(shè)備與技術(shù)是換熱器制造技術(shù)的關(guān)鍵。 3） 滑道 浮頭換熱器， U 形換熱器，釜式重沸式換熱器應(yīng)設(shè)置滑道，以便抽裝管束。 14 換熱器附件 1） 起吊附件 質(zhì)量大于 30KG 的管箱及平蓋宜設(shè)置吊耳。 76 2） 立式換熱器耳座布置原則： a) 公稱直徑 DN≤ 800mm 時，至少應(yīng)安裝兩個支座，且對稱布置； b) 公稱直徑 DN＞ 800mm 時，至少應(yīng)安裝四個支座，且均勻布置。 b)當(dāng) L＞ 3000mm 時，兩鞍座之間距離取 LB=(~)L。 12填料函換熱器 1） 填料函換熱器結(jié)構(gòu)形式 填料換熱器結(jié)構(gòu)有：外填料浮頭式； 單填料函滑動管板式 雙填料函滑動管板式 填料函換熱器不適用于易燃，易爆，有毒及貴重介質(zhì)。 73 一般?。? l＝球冠封頭厚度 +2mm； 或者 參照 SW6 默任值選取。 JB/T4714《浮頭式換熱器冷凝器型式與基本參數(shù)》系列就是采用 B 型鉤圈。鑒 71 于 B 型鉤圈近 30 年的成功使用，目前 A 型鉤圈在國內(nèi)的應(yīng)用已愈來愈少。 GB 151 給出了兩種鉤圈的結(jié)構(gòu)型式。對于帶有分程隔板的浮頭蓋要熱處理。 11 浮頭蓋和鉤圈 1)．浮頭式換熱器的浮頭蓋 浮頭蓋相當(dāng)于管程的一個管箱，通常為帶法蘭的球冠形封頭結(jié)構(gòu)。 雙殼程設(shè)計的關(guān)鍵在于縱向隔板的密封和安裝結(jié)構(gòu)， GB l51 有下列三種結(jié)構(gòu)型式，見圖 68 圖中 (a)（ b）、（ c）三種型式都適用于不抽芯式的換熱器，其優(yōu)缺點如下： （ 1）（ a）型：組裝很方便，但密封結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，也可用于浮頭式或 U 形管式換熱管的可抽管束； （ 2）（ b）型：隔板必須先焊人殼體，因此組裝管束十分困難； （ 3）（ c）型：作為固定管板換熱器的使 用，比（ b）型組裝簡單，可在殼體外側(cè)基本完成管束的組裝；也可用于 U 形管式換熱管器的可抽管束。 c)立式外導(dǎo)流換熱器，應(yīng)在內(nèi)襯筒下端開淚 孔。導(dǎo)流筒端部至管板的距離，應(yīng)使該處的流通面積不小于導(dǎo)流筒的外側(cè)流通面積。 d) 防沖板的固定形式有： － 防沖板焊在拉桿或定距管上，也可以同時焊在靠近管板的第一塊折 流板上； －防沖板焊在圓筒上（考慮穿管， 應(yīng)注意拉桿應(yīng)固定在遠(yuǎn)離防沖板一側(cè)的管板上） － 防沖板與換熱管采用 U 形螺栓固定。 b) 防沖板的直徑或邊長，應(yīng)大于接管外徑的 50mm。以減少流體停滯區(qū)，增加換熱管的有效換熱長度。 2） 殼程設(shè)置防沖板條件 （ 1）當(dāng)殼程進(jìn)口管流體的ρν 2 為下列數(shù)值時，應(yīng)在殼程進(jìn)口管設(shè)置防沖板或?qū)Я魍玻? 61 a) 非腐蝕，非磨蝕的單向流體的ρν 22230kg/() b) 其他液體，包括沸點下的液體ρν 2740kg/( （ 2）有腐蝕或磨蝕的氣體，蒸汽及汽液混合物，應(yīng)設(shè)置防沖板 。對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于 3 個支承點。； (5)為減少無支撐跨長避免振動可用二頭或多頭螺旋。 折流桿的直徑等于換熱管的間隙； 可視一組折流圈相當(dāng)于一塊折流板（或支板承） 56 57 58 59 ．螺旋折流板 由數(shù)塊扇形板排列在有一定升角的螺旋線上，使流體在殼體內(nèi)形成螺旋流，其特點為： (1)可以使流體達(dá)到近似于柱塞流的效果； (2)返混程度很低，幾乎沒有流動的死區(qū)； (3)傳熱效率提高的同時，又獲得了較佳的壓降； 60 (4)傳熱系數(shù)與螺旋角關(guān)系密切，最佳的螺旋角為 25176。同時由于沒有橫向流動，故殼程流體壓降較底。 折流桿換熱器使殼程流體沿著管束軸線縱向流動，從而徹底消除流體橫向流動而產(chǎn)生的誘發(fā)振動。 b)浮頭換熱器浮頭端宜設(shè)置加厚的環(huán)形支持板 . U 形換熱器的尾部支持 52 。 弓形弦高 h 值，一般取 ~ 倍的筒體內(nèi)直徑。 3).弓形折流板缺口高度 51 弓形折流板缺口高度應(yīng) 使流體通過缺口時與橫過管束時的流速相近。 若氣體中含有少量液體時，在缺口朝上的折流板的最低處開通液口； 若液體中含有少量氣體時，在缺口朝上的折流板的最高處開通氣口。 1)．弓形折流板 (1)單弓形折流板為最常用的形式，其形式簡單，但壓降較大； (2)雙弓形折流板，適用于殼程流量較大的物流，或殼程流體為密度低的低壓氣體時，此時壓降會有大的下降，而傳熱系數(shù)的下降要小得多 ； (3)三重弓形折流板類似雙弓形折流板的功能，但其安裝的難度較大。 折流板間距 (1)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的 1／ 5 或 50mm，取大者；小間距會增加殼程的流速及壓降，考慮到傳熱、壓降的均衡性，一般折流板間距宜不小于殼體內(nèi)徑的30％； (2)折流板最大間距可等于殼體的內(nèi)徑，若再加大將可能使殼程流體縱向流 (順流 )大大增加，使傳熱效率大大下降，另外，無支撐 跨距過大會誘導(dǎo)振動，必要時應(yīng)進(jìn)行振動校核； (3)殼程流動為紊流時，傳熱系數(shù)變化范圍為流速的 次方，而壓降則與流速成正比，因此，隨著折流板間距減少，壓力降的增加比傳熱系數(shù)上升要快得多。 雙管板 當(dāng)換熱器管程、殼程介質(zhì)嚴(yán)格禁混合時，宜采用雙管板結(jié)構(gòu)，并需考慮如下設(shè)計原則： （ 1）較苛刻的介質(zhì)一般在管程，換熱管與管側(cè)管板采用強(qiáng)度焊或強(qiáng)度脹； （ 2）殼側(cè)管板采用強(qiáng)度脹； （ 3）封閉的間距內(nèi)應(yīng)設(shè)