換熱器的振動與折流

王清媛 劉佩銘 李 建 苑 穎

(中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院)

換熱器的振動與折流

王清媛*劉佩銘 李 建 苑 穎

(中石油東北煉化工程有限公司吉林設計院)

介紹了折流板式換熱器與折流桿式管殼式換熱器的區別，折流桿式換熱器在介質流動速度大及振動工況下的應用，并根據設計實例介紹了折流桿式換熱器的管束結構。

換熱器 折流桿 折流板 換熱管

換熱器是煉油、化工裝置中常見的化工設備。換熱器的形式多樣，其中固定管板式換熱器應用最多。固定管板式換熱器由殼體、封頭、管板、換熱管、折流件等零部件組成。殼體內采用折流板式是最普通且常用的，折流板用來支撐換熱管，提高殼程的介質流動速度。通過折流板折流后殼程流體為橫掠管束，因湍流振動、聲共鳴等因素會引起管子產生振動，這種振動稱為流體的誘導振動。在殼程流體的流動速度和振動較大的情況下，采用折流板式換熱器就可能引起誘導振動，導致管子磨損、泄漏、斷裂等損壞，這些是板式折流的不足之處。為滿足大流速和振動要求，工藝上常采用折流桿式換熱器。折流桿式換熱器殼程流體為縱掠管束，可降低流體的阻力，避免板式折流帶來的缺陷。

1 折流板式換熱器在振動下存在的問題

（1）當殼程介質流速較大時，換熱管的振動振幅較大，可能使管子發生碰撞，致使管壁被磨損得越來越薄，導致換熱管損壞。

（2）換熱管穿過折流板時由于振動使換熱管與折流板孔壁不斷碰撞，導致接觸部分管壁變薄，直至管子破裂。

（3）換熱管與管板的連接為脹接和焊接，振動使換熱管與管板的連接處受到較大的應力，導致脹接和焊接處破裂，管板端部泄漏，管殼程介質相混。

（4）管子本身長期振動易產生疲勞，最終會導致管子破裂。

2 折流桿式換熱器特點

殼程不再是傳統的板式折流方式，而是由若干個折流桿組成折流圈來代替折流板。這種設計充分改善了殼程介質的誘導振動，既起到了對殼程介質的擾動作用，又起到了對換熱管的支撐作用，使介質在殼程中流動的阻力降低，傳熱效率更高。

3 折流桿換熱器的設計

3.1 設計參數

某化工裝置采用臥式換熱器，殼體直徑為550 mm，換熱面積為162 m2；殼程的設計壓力為3.14 MPa，設計溫度141℃；管程的設計壓力為2.3 MPa，設計溫度131℃。換熱管為?19 mm，長9 000 mm，換熱管排列方式為正方形，折流間距150 mm。殼程的質量流率為249 820 kg/h，管程的質量流率為251 580 kg/h。

3.2 折流方式的選用

由設計參數可見，殼程流體的流動速度較大，如果采用折流板式換熱器，換熱管束受橫向流速的影響會出現振動。由于9 m細長的換熱管本身為彈性元件，受橫流影響管子會發生高振幅運動而損壞，因此不宜采用板式折流，而是選用了折流桿來代替折流板。

3.3 桿式折流的結構設計

折流桿換熱器管束的結構是：由一組焊有折流桿的折流圈通過縱向拉桿固定組成折流圈籠，換熱管卡在相互垂直交錯的折流桿間。折流桿采用?6圓鋼，材料為0Cr18Ni9，縱向拉桿采用20×12的扁鋼，折流桿在每個折流圈上的間距為50 mm，換熱管為正方形排列，管間距為32 mm。為了支撐每根換熱管，要求兩個相鄰折流圈的折流桿其方向相互垂直，即如果前一個折流圈的折流桿是垂直布置的，則后一個折流圈的折流桿就是水平布置，兩根折流桿之間夾兩根換熱管。折流桿和換熱管組合的折流圈形式設計為4種。第一種是折流圈上的折流桿水平支撐橫向的第1、3、5……排換熱管，見圖1所示；第二種是折流圈上的折流桿垂直支撐縱向上的第1、3、5……排換熱管，見圖2所示；第三種是折流圈上的折流桿水平支撐橫向的第2、4、6……排換熱管，見圖3所示；第四種是折流圈上的折流桿垂直支撐縱向的第2、4、6……排換熱管，見圖4所示。按此規律循環布置，可保證每根換熱管能被四個折流圈的四根折流桿從四個方向將其牢牢固定。

上述4種折流圈總數54個，相互間距150 mm，通過4個圓周均布的縱向拉桿組成管束，有效地抑制了誘導振動。

圖1 第一種折流圈

圖2 第二種折流圈

圖3 第三種折流圈

圖4 第四種折流圈

4 結論

采用折流桿式換熱器解決了因殼程流體振動導致的損壞，增加了換熱器的安全性和使用壽命。折流桿增強了流體的擾動，減少了板式折流的流動死區和漏液現象，可提高傳熱系數15%～40%。目前，折流桿換熱器已在石化行業獲得一定程度的推廣。

[1]朱才，徐詠冬.折流桿換熱器殼程結構的設計[J].河南化工,1998(10).

[2]張應豪.折流桿換熱器的試驗及其應用[J].石油化工設備,1988（1）.

Ribration and Transverse about Heater

Wang Qingyuan Liu Peiming Li Jian Yuan Ying

The paper is a introduction of the difference between transverse rod and transverse baffle，and the application of the transverse rod-exchanger which the fluid with a high mass velocity and under the vibrant condition.It also introduces the structure of transverse rod-exchanger based on the actual design.

Heat exchanger;Transverse rod;Transverse baffle;Tube

TQ 051.5

*王清媛，女，1965年生，高級工程師。吉林市，132002。

2011-04-11)