内压引起的经向弯曲应力σ34.ppt

壳程结构 管板设计 膨胀节设计 管束的振动和防振 余热锅炉 翅片结构不适用于： 高表面张力的液体冷凝 含有大量固体颗粒的流体 易结垢的流体 余热锅炉的结构形式 管壳式余热锅炉 烟道式余热锅炉 列管式 盘管式 釜式 10.2MPa汽水混合物 高温转化气主线 副线 年产30万吨 合成氨厂 转化气第二余热锅炉 高温水煤气 气化炉 汽水混合物 加冷却水 设置膨胀节的作用： （1）膨胀节是挠性构件，其轴向柔度大，在不大的轴向力作用下，可产生较大的轴向变形，可以有效地减小壳体和换热管由于温差产生的热应力。 （2）防止管子与管板连接处不被拉脱。 膨胀节的形式 膨胀节的计算 判断是否需要设置膨胀节 膨胀节的尺寸设计 膨胀节的应力计算和强度校核 GB16749《压力容器波形膨胀节》 判断是否需要设置膨胀节 1、温差引起的轴向力F1 2、介质压力引起的轴向力F2和F3 3、应力评定 壳壁应力 管壁应力 拉脱力 管子稳定性 膨胀节的尺寸设计 膨胀节的应力计算和强度校核 1、内压引起的轴向薄膜应力σ1 2、内压引起的经向薄膜应力σ2 3、内压引起的经向弯曲应力σ3 4、轴向力引起的经向薄膜应力σ4 5、轴向力引起的经向弯曲应力σ5 膨胀节的轴向刚度 纵向流体诱导振动 横向流体 诱导振动 振动产生的不利后果 机械 失效 噪音 管子与管板连接处发生泄漏 管子发生严重弯曲；交变应力导致管子发生疲劳破坏；换热管的摩擦和碰撞；管子通过折流板处的自踞作用；壳程流体压力将增大； 产生强烈的噪音（通常大于150分贝） 激振机理 卡曼涡街 流体弹性激振 流体弹性 激振的特点 自激性 （1）壳程流体的流速达到或超过临界流速 （2）有其它的激振机理存在 流体弹性激振的条件 湍流颤振 湍流颤振主频率与换热管自振频率 相等时会引起换热管共振 声振动 关于声振动 应注意的几点 （1）由于声振强度随壳程流体流速的增大而增大，但达到共振点以后，会随壳程流体流速的增大而减小，所以声振强度不会无限制地增大。 （2）壳程流体的物理性质决定声速，壳程流体为液体时，由于声音在液体中传播速度很高，很少会发生声振动。 （3）声振动在顺排管中比在错排管中更容易发生，在转角正方形排列的管束中最容易发生。 射流转换 节径比≤1.5 横流速度较低时 卡曼涡街 声振动 横流速度较高时 流体弹性激振 横流速度很高时 射流转换 换热管振动破坏的形式 换 热 管 的 固 有 频 率 单跨管的自振频率 多跨管的自振频率 U形管的自振频率 振动判据 ★ 振动可能 ★ 振动可能 ★ 振动可能 ★ 振动可能 其中：fv---漩涡脱落频率 ft---湍流颤振主频率 fa---声学驻波频率 f1---换热管基频 v ---流体横流速度 vc ---流体弹性激振临界速度 （1）适当降低流速（流量↓，管间距↑）。 （2）改变管束系统的自振频率。 ① 减小跨距。 ②管子间插入杆状物或板条。 ③增大管子的强度和刚度（如增大壁厚）。 ④增大管子支承的强度和刚度（如增大折流板的厚 度、采用折流杆等）。 （3）设置消声隔板。 （4）破坏卡曼涡街的形成。 （5）设置防冲板或导流筒。 防振措施 防振措施 防振措施 防振措施 防振措施 防振措施 1、满足工艺生产的需要。 2、节约能源，提高能源利用率。 3、减少环境污染。 余热锅炉的特点 1、介质多种多样，工作条件各不相同。 2、应特别考虑防腐、防尘、磨损等问题。 4、工作条件苛刻，结构、材料等方面要求高。 3、热负荷波动会影响余热锅炉的操作稳定性。 5、余热锅炉工作情况的变化会影响到生产操作的稳定性。 * * 折流板 折流板的布置原则 1、折流板一般应等距布置，尽量靠近壳程进出口接管。 2、折流板最小间距应不小于壳体内直径的1/5，且不小于50mm，最大间距应不大于壳体内直径。 3、折流板管孔与换热管间隙、折流板与壳体内壁间隙不能太大或太小。 4、弓形折流板缺口弦高一般取（0.20~0.45）Di，通常取0.25Di。 5、支持板形状与尺寸 按折流板设计。 折流板的安装 d≤14mm时 壳 程 流 路 F 防短路结构 DN≤500mm时，设一对旁路挡板。 DN=500mm~1000时，设两对旁路挡板。 DN≥1000mm时，设三对旁路挡板。 每隔3~4排换热管设置一根挡管， 折流板缺口处不设挡管。 管 中间挡板一般与折流板点焊固定， 其数量不宜多于4块。 折流杆 壳程分程 对分流 双分流 GB151 《管壳式换热器》 影响管板强度 计算的因素 1、管束对管板的约束作用 2、管孔对管板的削弱