固定管板换热器膨胀节设计应注意的几个问题

!备# $
2020,37(1) 23 〜25
石油化工设计
Petrochemical Desion 定管板换热器膨胀节设计应注意的几个问题
&胜利
（中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：介绍了固定管板换热器设计中与膨胀节的设置相关的几个问题，包括膨胀节设置原理：因管程 与壳程的膨胀系数不同致使两者的膨胀差过大，导致壳程筒体拉伸应力、换热管拉伸或压缩应力、换热管 拉脱力中出现的不合格项，需要设置膨胀节。

介绍了膨胀节与筒体对焊连接时，允许筒体削薄的限制条
件，包括膨胀节设置位置的确定:对于立式换热器，膨胀节宜设置于耳式支座的下方；而卧式换热器应设
置于管道约束小的一侧等等。

关键词：固定管板换热器 膨胀节 温差 膨胀差 筒体连接 设置位置 水压试验
doi ： 10. 3969/j. issn. 1005 - 8168.2020.01.006
设计固定管板换热器时，在某些特定的情况
下需
置 。

什么情况下需 置 节以及膨胀节的设置位置、膨胀节与筒体如何连接、
的水压试验、换热器
对 的 I
问题，是
过程中容易 误解或需的。

1膨胀节的设置
于固定管板换热器设置膨胀节，存在一些
不 或根本就是错误的观点，如:有观点认为当
管、壳程温差大于50 C 时，应设置膨胀节；又如: 壳 为蒸汽时，需 置 。

在固定管板换热器中，因壳程流体和管程流
体之间存在温差，而壳 和 与管板 :
接，在用中
壳体和
间产生膨
胀差， 壳和 荷。

为，壳体和
破坏、 稳、换
板 脱，在管板 时，壳
应
力、
应力、 应力、 脱力中
只要有一项不合格，就需要在壳体中间设置一个 良好的变形补
件一
，以降低壳体与
的 荷。

，这些 应
器的 工况，如正常操作工况、
工
况、壳程事故工况、其它极端工况！
这里需要注意的是温差和膨胀差的概念，顾
名思义，温差（C ）是 器壳 属 .
与换热管金属壁温之间的差值;而膨胀差（mm ）是
器壳
和 间因 、的不同， 的不同的膨胀量之间的差值!
小的温差可能
的 差，特别是管
壳程材料的线胀系数相差较大时。

由GB/T151 —
2014《
器》[1]
，壳
应力、换热
应力、 应力 与 壳 间的
差有关，而不是简单的 差。

因而是否需 ：
置膨胀节应考虑管壳程之间的线膨胀差。

当然,
和 中 在 力作用时，
、 板间的 协调所 的
应力，管子
与 内由于压力 的轴向力与因
差产
生的
力可共同
是 置 的依
据。

差 一
时， 壳
应力、
应力、 应力中 有一 不
，一就需 置
！
，如果工艺过
程允许或不设置膨胀节更为经济，也可以有针对
的调整 或 件的材料，避免
设置
:1 ） 材料是 不锈钢,
收稿日期：2019-10-21。

作者简介：李胜利，男，1991年毕业于大连理工大学化
工设备与机械专业，工学学士，现任公司技术总监、正
高级高级工程师，长期从事石油化工设备设计工作，
已发表论文3篇。

联系电话:010 - 84877468； E -
mail : lisl@ sei. com.
cn
・24・石油化工设计2020年第1期（第37卷）
壳程筒体材料是碳素钢，可以考虑将壳程筒体的材料不锈钢，使得管壳材料具有相同的，以降壳程的线膨胀差，则有可能不需要设置。

2）如果是因换热
而使其稳定性不足,可以调板间距,减小换
稳当量长度,其前提是能够壳程压降的适当提高。

3）当因与管板之间的拉脱力不足时，与管板之间的焊脚,减小拉脱力。

若采用上述办法仍不能奏效,则只能置降低筒体的刚性，个不合格项达到许用要求。

2膨胀节与筒体的连接
与间的连接形式主要有对接和搭接。

一般采用对焊的方式与壳程筒体连接;而薄一般采取搭接焊接的方式与壳程筒体连接，参见GB/T16749+2018《压力容器波》#2$表1,但此表并没有给出连接的适用范围。

采用对接连接时，当壳程筒体壁厚大于膨胀节直的时,需将薄接，那么削薄后的是强？
是由最小、削薄后的：大于其强 的时，削薄显然不会其强度，且薄段的长度不受限制，只
对接焊接即可；是由强度计时其削薄部分也能强，这：归功于与的协调;但是削薄的尺寸也一定的限制，1所，即将削薄部分的长度/控制在膨胀节应力削减范围内（L$ 0.5槡#0$,!1%1.5$,I%3厂；厂0%3$#0-------筒体半径,mm；$---膨胀节厚度,mm；厂、厂°---半径,mm；"、!、!1为长度,mm）,将其作为直的一部分,按照直的周向应力予以控制。

采用与筒体搭接焊接的情况，也要满足一定的条件，详见参考文献#3$，本文不再赘述。

3膨胀节设置位置
1）对于立式换热器，膨胀节放置于支座上面时，由器的重量而产生的附加载荷，且由于膨胀节要占用一定空间,势必会使支座降低换热器的稳定性,所应设置于支座的下面;条件允许的情况下,应置于换热器重心之下，器的运行更稳定。

L
图1壳程筒体与膨胀节对接削薄示意
削薄长度;&-削薄厚度
2）对于卧式换热器，最好将膨胀节置于没有任何约束的壳体的端部，如图2所示（两壳程两管器），能由。

固定端滑动端膨胀节
T-H h T rd
1
A丄甲堆=4
图2两壳程、两管程换热器膨胀节设置位置示意
3）当膨胀节不能放置于端部时，应尽量将它及滑动端置于受较小约束的地方,如接管应力较小的一侧或一端，如图3或图4所示（假设左 应力小），这就需与应力等专业共同,这一端的刚尽能小,
动端能够滑动，能够自由。

固定端滑动端膨胀节_
Ti bT n H
1丿
4
图3膨胀节置于鞍座外侧
图4膨胀节置于两鞍座之间
4卧式换热器滑动端底板长圆孔的尺寸
在通常情况下，假设换热器没有膨胀节,
或膨
2020年第1期（第37卷）李胜利.固定管板换热器膨胀节设计应注意的几个问题-25-
胀节设置于两鞍座外，如图2或图3所示,则滑动端底板上长圆孔的长能满足操作时（含正常操作和非正常操作工况）最（低）与常温下两鞍座间筒体的线膨胀（或压缩）的量即可。

但当膨胀节设置于两鞍座之间时，如图4所示，滑动端底板所开设的长圆孔的尺寸，还应考虑
的最大伸缩量。

5膨胀节的水压试验
根据GB/T16749-2018《压力容器波形膨胀节》，膨胀节出厂前应进行水压试验，其水压试验的压力为1.25倍的设计压力p乘以温度校正系数#刃/['；但在进行水压试验前，应考虑到膨与壳接后会与整个器一行水压试验，膨胀节也要承受换热器壳程的水压试验压力。

在壳程设计压力和温度较高时，由于温的，换热器壳程的水压试力可能会远高于膨胀节水压试验的压力；如果此时按照GB/T150-2011《压力容器》#4$取较低元件的试验压力（即膨胀节试验压力）进行水压试验，则除膨外的其件达不力试验值；壳程试验压力进行试验，膨胀节则也可能承受不了这的压力！：某换热器的壳程筒体为低合金管Q345R,设计压力12MPa、设计温度300D，需要设置膨胀节，膨胀节采用薄壁多层带外加强的U，材料为825。

话
GB/T16749-2018规定，膨胀节的试验压力为1.25x12=15MPa%825合金在各种温度下的许用应力值均相等，温度彳正系数为1）;而换热器壳程的试验压力为1.25 :刃/[刃'=1.25x12x181/ 123=20.1MPa，这时该如何选取换热器壳程的试验压力呢？GB/T16749-2018并没有给出方案，建议器的壳程试验压力进行水压试验，
（上接第22页）
5）塔釜内隔板的作用：①是维持再沸器进口液面恒定,使再沸器操作稳定;②是塔内最后一块塔板降液管来的物料发生短路进入产品，可最大再沸器的分离性能。

塔内板的图5 %b）型、5%c）型再器，总的分离效果与一次通并用这一压力校核膨胀节的各项应力，如不能满，则用此压力反算一个力，重
能够承受这个试验压力的膨胀节。

6结语
1）固定管板换热器是否需要设置膨胀节是管壳属的差在起作用，而不是温差在起作用。

2）如果板时，壳应力、换或应力、管接脱力中，其中有一项不合格，就需要设置膨胀节。

3）如果工艺过程允经济性，可以通过调整器结构如调整板间或壳的材料或接
的方法，取代置。

通过对焊与壳程
接时，壳在一定条件
薄。

4）建议置在器支座的下，卧器设置在无约束的自由端或设置于约束较小的一端，且动也应设置于约束较小的一端，外部冈惟应足够小，能使换热器滑动端自由滑动，膨胀节自由伸缩。

5&如果膨胀节设置于两鞍座之间，滑动端鞍座底板上长圆孔的尺寸应的量。

6）器壳程的水试力不一件水试力的最小值,可以通过提高膨胀节耐压能力而选择较高的壳程试验压力，以达到壳程水压试验的目的。

参考文献：
[1:GB/T151-2014热交换器[S:.北京：中国标准出版社, 2014.
[2$GB/T16749-2018压力容器波形膨胀节[S$.北京：中国标准出版社,2014.
[3$秦叔经，叶文邦.化工设备设计全书换热器#M].北京:化学工出版社，2002.
[4$GB/T150-2011压力容器#S$.
过式再沸器相当，图5%c）型的循环量稳定一些。

参考文献：
[1$王子宗.石油化工设计手册第3卷化工单元过程（上）[M$.北京:化学工业出版社,2015:822-829.
ABSTRACTS PETROCHEMICAL DESIGN
Started Publication in1984.Quarterly.25Feb.2019Vol.37No.1•"&
DISCUSSION ON COKE QUENCH PROCESSES AND COKE COOLING WATER TREATMENT TECHNOLOGIES[15"
Huang Mengqi(SINOPEC Engineering Inco­rporation?Beijing,100101)
Abstract:The principle and main characteristics of two coke quench processes,i. e.the overflow process and the soaking process,were introduced and compared<The improved overflow coke quench process is superior to the common overflowprocessduetoitssimplerprocessflow! lowerinvestment and operating cost and less floorarea<However!thepervasionofsteamand theemissionofsourgassti l needtobesolved< Fortheimprovedsoakingprocess!suchproblems were avoided by separately treating the coke coolingwater!andthecleaningfrequencyofcoke coolingwatertankwasalsoreduced<
Key words:cold coke；overflow；soaking
TYPES OF REBOILER AND TECHNICAL ANALYSIS OF ITS APPLICATION!19]
Chang Weixian(Spang Technology Co.,Ltd., Shanghai,201210)
Abstract:This paper introduces six types of reboiler including kettle reboiler,built-in reboiler,vertical thermosiphon reboiler, horizontal thermosiphon reboiler,forced circulation reboiler and fa l ing film reboiler! analyzestheiradvantagesanddisadvantages!and compares their separation performances<In theory,kettle reboiler,built-in reboiler and once-th+ough+eboile+have equal sepa+ation pe+fo+mance!equivalentto atheo+eticalplate< Thefunctionsoftheba f leintowe+ke t lea+eto keeptheinletlevelof+eboile+constantfo+the stableope+ationof+eboile+!andtop+eventthe material from the downcomer of the last plate in tower from short-circuiting into the product!so as to maximize the separation performance of the
reboiler<
Key words：reboiler；thermosiphon；baffle;sepa-raionperformance
PROBLEMS NEED ATTENTION IN THE DE­SIGN OF EXPANSION JOINT OF FIXED TUBE SHEET HEAT EXCHANGER：23]
LiShengli(S2NOPEC Engineering2ncorpora-tion,Beijing,100101)
Abstract:This paperin,roduces severaliems related to the setting of expansion joint in the design of fixed,ube shee,hea,exchanger, including,heexplanaionof,hese ingprinciple ofexpansionjoin,,i<e<,hedi f eren,expansion coe f icien,s of,he,ube and,he she l leads,o overhighdi f erenialexpansion,resulinginnon-conforming she l,ube,ensile s,ress,hea, exchange,ube,ensileorcompressions,ress,and hea,exchange,ubepu l ingforce,soexpansion join,needs,obese,<Thelimiingcondiionsof a l owing,he,hinning of,ube body when,he expansionjoin,isconnec,ed wih,he,ubebody by bu,welding are in,roduced<Also,he de,erminaionof,hese ingposiionofexpansion join,isdiscussed<Forvericalhea,exchangers, ,heexpansionjoin,ispreferablyse,below,helug suppor,,whileforhorizon,alhea,exchangers,i ispreferablyse,on,hesidewihlesscons,rain, ofpipeline<
Key words:fixed tube sheet exchanger；expa-nsionjoin,#di f erencein,empera,ure#di f ereni-al,hermal expansions#barrelconnecion#se, posiion#hydraulic,esing
TYPE SELECTION OF FLOW CONTROL VALVE IN PUMPING LOOP OF PX ADSORPTION SEPARATION UNIT[26]
Su Weiqun1,Yan Qin f e ng2(1.SINOPEC Eng--neering Incorporation,Beijing,100101；
2.Nanjing Auto-control Instrument Co.,Ltd., Nanjing,Jiangsu,210044)。