管壳式换热器中常被忽视的重要部分:分程隔板
分程隔板失效的不利因素有:
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受隔板两侧压差作用,在隔板内产生较大的弯曲应力。
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管箱受内压,径向膨胀,使得隔板受拉,在板内以及与筒体焊缝处产生较大的拉应力。
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管程入口与隔板程直角,介质进入管箱后直冲隔板,然后转90度改变方向进入换热管。
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隔板与筒体之间的焊缝缺陷、裂纹、咬边等,焊缝焊脚高度太小,介质流动引起隔板振动及焊缝的间隙腐蚀,造成焊缝断裂。
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隔板与筒体热膨胀导致的温差应力,特别是复合板设备,隔板一般选用不锈钢与复层焊接。
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管箱进出口温差比较大时,产生不均匀的热应力易导致隔板泄露。
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隔板垫片密封力不够,操作时温度上升,受热,螺栓松弛等不利因素,导致密封失效。
相关标准中关于分程隔板的规定隔板的受力是比较复杂,要精确的分析,需要耗费大量的时间和成本。
为了便于工程应用,针对上述的不利因素,相关标准规范对分程隔板进行了如下的规定:
1.规定了最小厚度和计算公式 GB/T151中对分程隔板规定了最小厚度,隔板应该在此厚度的基础上,考虑按照两侧压差问题,不得小于按照公式计算的厚度加上双面的腐蚀裕量。
SW6-2011版也已经考虑到了分程隔板的厚度问题,增加了隔板厚度的校核计算程序。
在API660标准中,隔板的计算压差是按照2倍的隔板槽两侧压差。且隔板最小厚度不小于2倍的腐蚀裕量+3mm,要求更更加严格。
2.焊接规定
分程隔板与管箱之间的焊缝受力复杂,有弯曲有拉应力,还有温差应力。所以此道焊缝应该严肃对待。GB151-1999,没有具体规定分程隔板与筒体的焊缝要求。GB/T151-2014中对于隔板与筒体焊缝提高了要求,必须双面连续焊且最小焊脚高度为3/4倍的隔板厚度,必要时隔板边缘应开坡口,允许采用与焊接连接等强度的其他连接方式。
TEMA 标准也是要求连续焊,焊脚高为3/4的隔板计算厚度。(新版GB/T151应该是借鉴了这个规定)3.预防间隙腐蚀
为了防止间隙腐蚀,API660标准规定,在垫片密封面处往里50mm处,应该采用全焊透。(GB/T151中无此规定)
4.加大螺栓预紧力
设备法兰的计算一般采用Waters法,它是结构轴对称,载荷轴对称,材料轴对称的计算模型。带隔板后,结构为非对称,载荷材料因为各程压力温度不同而成为非轴对称。为了工程应用方便,规范采用了简便的算法。将隔板处的被隔板所压住的垫片压紧力,计入了法兰的计算。
在TEMA-2007中,RCB-11.7,将隔板槽垫片的面积的压紧力计入法兰弯矩用来校核管箱法兰。
在ASME VIII I-2017中,对于分程隔板垫片应当考虑计入螺栓载荷,也是相同的考虑。
GB/T151标准中目前尚没有增加这种计算,但是SW6-2011版在管箱法兰计算时考虑了隔板的影响,弥补了GB/T151标准的遗漏。
5.管箱整体热处理
碳钢,低合金管箱焊有分程隔板时需要热处理。能够消除焊接的残余应力,此处在运行过程中,各种应力叠加,且应力集中比较严重,采用焊后热处理能够降低焊缝开裂的风险。
6.其他有利措施
流体脉动场合,隔板厚度可适当增加,或改变隔板的结构等。
管壳式换热器的分程隔板受力比较复杂,难以进行精确的分析,但是,在设计时,有必要考虑隔板两侧压差进行校核计算,结合上述内容确定厚度。
另外更应重视隔板与管箱之间的焊接,不能认为此焊缝为内件不受压而忽视,务必保证焊接质量和焊脚高度。