1、管程高壓換熱器的優化設計高亞娟，李保志，張作為（大慶石化公司檢測公司，黑龍江大慶163714）摘要：管程高壓換熱器在不選用螺紋鎖緊環換熱器的前提下，只能選擇平蓋特殊高壓管箱，這種管箱結構特殊，其他受壓元件為常規結構；管板強度校核計算采用解析應力分析法，假設條件少，能夠準確反映強度指標，其他受壓元件計算按照GB/T151-2014標準設計。關鍵詞：高壓換熱器；高壓特殊管箱；f型管板；平蓋熱油一三元溶液換熱器是油田三次采油關鍵設備，利用殼程的高溫三元溶液加熱管程內的原油，高溫側在殼程，高壓側在管程，該換熱器選型為D型高壓管箱、E型殼體型式和U形管換熱器。原來引進的日本設備是按照ASME規范設計的，

2、改用GB/T151-2014設計，由于國產材料安全系數低，相應的許用應力大，因此，國產化設計后，相應的壁厚很大程度的減薄，強度校核通過。特殊高壓管箱的計算采用應力分析方法，相對建模模擬軟件來說，這種應力分析方法是解析法1'2,該方法的應力分析，減少了很多假設，因此更為準確。1設計條件熱油一三元溶液換熱器的設計數據見表1。表1換熱器的設計數據設計壓力/MPa0.417.9設計溫度/C340200介質三元溶液原油直徑/mm355.6400程數122結構設計2.1管箱結構該換熱器的特點就是管程高壓，采用特殊高壓管箱，因為換熱器直徑不大，所以沒有采用螺紋鎖緊環35封閉管箱，采用平蓋加金屬環墊片

3、封閉管箱，小直徑條件下，這種管箱與螺紋鎖緊環管箱重量相差不多，計算經驗成熟。管箱的分程隔板結構可以承受沖擊，直接承受沖擊的平板總長度只有260mm,寬400mm,周邊焊接，懸臂端用環板拉筋，結構見圖1。圖1分程隔板結構2.2 管板結構管板采用f型管板，與管程筒體連接，加工過渡段，管板與殼程法蘭連接，設計成凸緣法蘭結構，結構見圖2。圖2管板結構管板密封面與軸線的垂直度為0.2mm；管孔與密封面的垂直度為0.1mm。這種管板較好地解決了管板與管箱筒體連接處的局部應力集中問題，圓弧R10是應力釋放的最佳尺寸，尺寸132mm是應力集中衰減接近最小值位置，因此，這種管板應力集中在可以控制范圍內。2.3

4、管程法蘭和平蓋選用標準管法蘭尺寸，在強度計算過程中，調整相關尺寸，使管程法蘭和平蓋，尺寸相對減小，盡量不增大螺栓的尺寸，結構詳見圖3。圖3管程法蘭和平蓋結構這是非標法蘭和平蓋結構，在計算的時候考慮減輕平蓋重量，最新的技術表明，采用螺紋鎖緊環結構412比較適用，由于這臺換熱器內徑不是很大，采用螺紋鎖緊環結構，制造難度增大，不利于檢修和改造，因此，還是采用法蘭和平蓋的結構。2.4 殼體殼體由容器法蘭、加強段、筒體、封頭、接管和管法蘭組成，為了解決左鞍座的穩定性問題，容器法蘭接加強段，加強段厚度計算得出，見圖4。圖4殼體結構采用F型管板不用考慮容器法蘭的配對問題，因此，強度計算的時候，僅按照殼體的內

5、壓計算即可。加強段的范圍以鞍座所需要的寬度為準，控制鞍座應力低于許用應力的50%,這樣的支撐結構是安全的，是估算值，準確鞍座應力和加強段所承受的薄膜應力，需要分析設計計算。該換熱器的其他結構是常規的，整體裝配后見圖5。圖5換熱器整體結構3強度計算文獻6提供了常規換熱器的強度計算方法，這些計算方法也是應力分析方法，是解析式,但是需要借助計算機技術來計算。3.1 管箱容器法蘭和管箱平蓋計算管箱容器法蘭計算按照文獻710計算即可,y=124.1MPa,管箱平蓋按照周邊簡支圓平蓋來計算，是操作時:K=0.31.78WLGPcD3選用金屬環墊片，墊片系數m=5.5,比壓力1種平封頭，按照GB150.3計

6、算，平蓋結構特征系數K分為操作時和預緊時2種情況:預緊時：K1.78WLGpcdC3.2 管板計算管板是f型，管板與管箱連成一體，與標準的f型管板6比較，區別就是凸緣法蘭，計算參考筒體端部7,但是計算的時候，還是按照管板延長部分兼做法蘭來考慮，于是，計算管板的抗彎剛度和各項旋轉剛度，再計算法蘭的計算系數，法蘭力矩，計算法蘭應力和管板應力，按照文獻61112的公式計算即可。3.3 殼程法蘭計算殼程法蘭與管板配對，是常規法蘭計算，按照文獻7計算即可。3.4 殼程筒體加強段計算殼程筒體加強段，是在滿足內壓的前提下，還要滿足換熱器重心偏離容器中心給鞍座帶來的影響，確定支反力的時候，可以確定一個原點，分

7、別計算出，兩個鞍座的支反力，比較結果，加強段的支反力是另外1個鞍座的支反力2倍，因此，在鞍座標準尺寸相同的情況下，加強段的鞍座應力提高很多，在鞍座計算時，增加筒體厚度的辦法試算筒體的穩定性，計算過程，按照鞍座的規范執行即可。4結束語管箱高壓U形管換熱器，也可以設計成雙殼程結構，在管板和法蘭計算上，和單殼程一樣的，不必特殊考慮。壓力容器強度計算軟件很方便地應用在換熱器的計算上，因此，文中沒有詳細列舉具體的計算過程，僅提出需要考慮的幾個問題供參考。參考文獻：1薛明德，李世玉，朱國棟，等.GB151中換熱器管板設計方法的理論依據及其應用J.化工設備與管道，2015(3):42-45.2李永泰，李勇，

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10、工程專業，現從事化工設備管理工作DesignofakindofhighpressureheatexchangerGaoyajuan1,Libaozhi1,Zhangzuowei1(1.DaqingPetrochemicalEngineeringTestingTechnologyCo.,Ltd,DaqingHeilongjiangprovinceofP.R.C,163714)Abstract:Heatexchangerthatchannelishighpressureincaseofnotusedthread-lockingring,itmustselectspecialhighpressurechannel.Thischannelstructureisspecial,andotherstructureisregular.Tubesheetstrengthcheckcalculationadoptanalyzingstressmethod,becauseoflittleassumption,itisconsisten