压力容器设计审核人员培训教材-换热器部分

4-2 管壳式换热器分为几级？各采用什么换热管？各适用于什么场合？答：换热器分、两级。级换热器采用较高级精度冷拔管，适用于无相变传热和易产生振动的场合。级换热器采用普通级精度冷拔管，适用冷凝、重沸传热和无振动的一般场合。4-3 管壳式换热器主要组合部件名称及分类代号是什么？答：前端管箱：A平盖管箱B封头管箱C用于可拆管束与管板制成一体的管箱N与管板制成一体的固定管板管箱D特殊高压管箱壳体型式：E单程壳体F具有纵向隔板的双程壳体G分流H双分流IU形管式换热器J无隔板分流（或冷凝器壳体）K釜式重沸器O外导流后端结构（包括管束）：L与A相似的固定管板结构M与B相似的固定管板结构N与C相似的固定管板结构P填料函式浮头S钩圈式浮头T可抽式浮头UU形管束W带套环填料函式浮头4-4 设计U形管式或浮头式换热器的管板时，怎样确定管板的设计压力？答：管板设计压力的确定：若能保证在任何情况下都同时作用或之一为负压时，则否则取下列两值中较大者：或4-5 用复合钢板制造管壳式换热器管板时，对复层材料有什么要求？答：用轧制复合板或者爆炸复合板作管板时，应对复层与基层的结合情况逐张进行超声波检测，布管区内不开孔的部分不得有分层。4-6 设计多管程式换热器时，确定分程隔板位置的原则是什么？答：确定分程隔板位置的原则是：1.应尽能使各管程的换热管数大致相等。2.分程隔板槽形状简单，密封面长度较短。4-7管壳式换热器的换热管和管板之间采用胀接连接应符合什么条件？答：1.必须采用的条件：换热管与管板不可焊。2.适用范围：a.设计压力4MPa；b.设计温度300；c.外径小于14mm的换热管与管板的连接，不宜采用胀接。4-8 管壳式换热器在什么情况下管板与换热管之间的连接应胀焊并用？答：1.密封性能要求较高的场合；2.要求承受振动、有疲劳、交变载荷的场合；3.采用复合管板的场合；4.有间隙腐蚀的场合。4-9 管壳式换热器的整体管板的有效厚度如何确定？答：整体管板的有效厚度，等于管板的实际厚度减去管板两侧的开槽深度或腐蚀裕量中的大值之和。即管板有效厚度mm；S管板实际厚度mm；Y计算数：，取大值；Y计算数：，取大值；K管程隔板槽深，mm；图4-14-10 管壳式换热器复合管板的有效厚度如何确定？答：复层和基层完全贴合的管板，复层可计入复合管板的有效厚度。当复层的材料的强度低于基层材料时，应以复层的当量厚度计入复合管板的有效厚度。 mm4-11 管壳式换热器固定管板与U形管式管板的受力情况有什么分别？答：管壳式换热器固定管板主要受到以下几方面的力的作用：1. 管壳程压力对管板的直接作用力；2. 管壳之间的热膨胀差产生对管板的作用力；3. 管束对管板的弹性支承反力；4. 管板兼做法兰时法兰螺栓产生的力矩。对于GB-151-89中所示U形管式管板仅受管、壳程压力对管板的直接作用力。4-12 在什么情况下固定管板式换热器的壳程筒体需设置膨胀节？答：在管板的计算中（GB151-89）按有温差的各种工况计算出壳体轴向应力、换热管的轴向应力、换热管与管板之间的拉脱力q中，有一个不能满足强度（或稳定）条件时，就需要设置膨胀节。在管板强度校核计算中，当管板厚度确定以后，不设膨胀节时，有时管板强度不够，设膨胀节后，管板厚度可能满足要求。此时，也可设置膨胀节来减薄管板，但要从材料消耗、制造难易、安全及经济效果等综合评估而定。4-13 管壳式换热器管板的延长部分兼做法兰时，法兰部分对管板有什么影响？答：当管板兼做法兰时，法兰力矩不仅作用于法兰上，还会延伸作用于管板上，对管板来说，增加了一个附加力矩。因此计算管板时，除考虑壳程、管程设计压力的“当量压力”及管子与壳体不同热膨胀引起的“当量压力”外，还需要计入由于法兰力矩引起的管板应力。由于法兰力矩在管板上引起的附加力矩，使管板计算趋于复杂化，管板厚度取决于其危险组合。对延长部分兼做法兰的管板，法兰与管板应分别设计，且法兰厚度可以和管板厚度不同。4-14 在什么情况下，管壳式换热器管程和壳程的介质进口处应设置防冲板？答：1.管板设置防冲板的条件：当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3m/s时，应设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。2.壳程设置防冲板的条件：当壳程进口管流体的值为下列数值时，应在壳程进口处设置防冲板：a.非腐蚀、非腐蚀性的单向流体：者b.其它液体，包括沸点下的液体：者有腐蚀或有腐蚀的气体、蒸汽及汽液混合物，应设置防冲板。流体密度，kg/m；v流体流速，m/s。4-15 在什么情况下，管壳式换热器壳程进出口处应设置导流筒？答：同4-14题中，壳程设置防冲板的条件；当壳程进出口距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒，以减小流体停滞区，增加换热管有效长度。4-16 管壳式换热器壳程进口处的防冲板表面距壳体圆筒内壁的距离与防冲板直径或边长各为多少？答：防冲板表面到圆筒内壁的距离，一般为接管外径的1/41/3。防冲板的直径或边长，应大于接管外径50mm。4-17管壳式换热器壳程进口处的导流筒有几种形式，其结构尺寸在设计中应如何考虑？答：一般有内导流筒与外导流筒两种形式。a. 内导流筒 导流筒表面到壳体圆筒内壁的距离一般应大于接管外径的1/3；导流筒端部至管板的距离，应使该处的流通面积不小于导流筒的外侧流通面积；b. 外导流筒 内衬筒内表面到外导流筒的内表面间距为：接管外径d200mm时，间距为50mm；d200mm时，间距为100mm。立式外导流换热器，应在内衬筒下端开泪孔。4-18 管壳式换热器中常用的折流板和支持板的形式有几种？答：在管壳式换热器中，常用的折流板和支持板的形式有弓形和圆盘-圆环形两种。弓形折流板又有单弓形、双弓形和三弓形，其缺边的位置又有水平缺边和垂直缺边（对立式换热器，水平缺边是指壳程物料进口管与折流板缺边垂直者，垂直缺边是指平行者）之分。4-19 管壳式换热器中折流板的布置应遵循什么原则？答：在管壳式换热器中，折流板的布置原则为： 折流板的布置必须符合工艺设计条件的要求。特别是对折流板的形式、折流板的间距、靠近壳程物料进出口的折流板位置等必须尽可能满足工艺设计条件。 在工艺设计条件没有特别要求的情况下，对靠近壳程物料进出口处的折流板，应尽可能靠近进出口，其余按等间距布置。 当壳程为单向、干净的物料时，折流板应为水平缺边。当壳程为气、液相共存或液体中含有固体的物料时，折流板应为垂直缺边。对卧置式换热器，在折流板的最高和最低处，应开夹角90、深15mm的排气、排液、缺口。4-20 管壳式换热器中折流板的最小和最大间距各为多少？答：在管壳式换热器中，折流板的最小间距为换热器壳体内径的1/5，且不小于50mm；最大间距不得大于壳体内径，且不得超过GB151中规定的各种直径换热管的最大无支撑跨距的数值。4-21 管壳式换热器双壳程结构的纵向隔板的设计中，应考虑些什么问题？答：在管壳式换热器中，双壳程结构纵向隔板的设计应考虑以下几点： 纵向隔板应有足够的刚度，其最小厚度为6mm。若壳程压力降较大时，应适当加厚。 纵向隔板与折流板的连接应采用双面焊接。非分流型换热器，纵向隔板与管板连接时，可采用焊接或可拆卸连接。此时纵向隔板的回流端改向流通面积应大于折流板缺口的面积。 纵向隔板与壳体的密封，对固定管板式换热器，纵向隔板可直接与壳体焊接（在可以焊接的情况下）或插入导向槽中；对要抽出管束的换热器，应在隔板两侧与壳体的间隙处设置密封条。4-22 填料函式管壳式换热器，不适用于什么介质？答：填料函式管壳式换热器，一般不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质。4-23 填料函式换热器的结构型式有哪几种?处理有危险性的介质应选用哪种型式？答：填料函式换热器的结构型式有：外填料函浮头式、单填料函滑动管板式和双填料函滑动管板式。处理有危险性的介质应选用双填料函滑动管板结构型式。4-24 填料函式换热器的填料一般采用哪几种？答：填料函式换热器的填料，一般有油浸石棉填料、橡胶石棉填料、聚四氟乙烯浸石棉填料和柔性石墨填料。4-25 重叠式换热器的支座设计，应考虑什么要求？答：重叠式换热器的支座设计，应考虑以下要求： 重叠式换热器之间的支座处，应设置调整高度用的垫板。 重叠式换热器之间的支座底板到设备中心线的距离应比接管法兰密封面到设备中心线的距离至少小于5mm。 对处于下部的换热器支座和壳体，必要时应进行校核，其载荷除换热器本身外，还应加上叠加上去的换热器重量。4-26 管壳式换热器的管箱、浮头盖在什么情况下应在施焊后进行消除应力的热处理？设备法兰密封面应在何时加工？答：碳钢、低合金钢的焊有分程隔板的管箱和浮头盖以及管箱的侧向开孔超过1/3管箱壳体内径的管箱，应在施焊后进行消除应力的热处理。设备法兰的密封面应在热处理后加工。4-27 浮头式换热器应按什么程序试压？答：浮头式换热器的试压程序如下： 用试验压环和浮头专用试压工具进行换热管与管板连接接头试压。 管程试压。 壳程试压。4-28釜式重沸器因管束型式不同其试压程序有什么不同？答：釜式重沸器的管束型式有U形管束和浮头式管束。当管束为U形管束时，其试压程序为： 用试验压环进行壳程试压，同时检查换热管和管板连接接头。 管程试压。当管束为浮头式管束时，其试压程序为： 用试验压环和浮头专用试压工具，以及试压专用壳体进行换热管与管板连接接头试压。 管程试压。 壳程试压。4-29 低温换热器用垫片一般应采用什么？答：低温换热器用垫片，一般应采用奥氏体不锈钢包石棉，铝包石棉或奥氏体不锈钢带的缠绕式垫片。4-30 低温换热器设计中应考虑些什么问题？答：低温换热器受压元件钢材的许用应力，按GB150第4章“材料”的规定，取20时的许用应力值。低温换热器设计应保证结构的连续及平滑过渡，以免断面骤然变化及刚度的显著差异而产生局部高应力。低温换热器设计应尽可能避免出现过大的温度梯度，不同膨胀系数的材料相互连接时应予以特殊考虑。详见GB151-89附录B“低温管壳式换热器的补充规定”。4-31 管壳式换热器的受压元件在什么情况下可采用压差设计？有何条件？答：当管壳式换热器的管壳程压力都较高时，为减薄受压元件的厚度（主要是管板）可采用压差设计。按压差设计的换热器在操作系统中应具有能够确保管、壳程同时升压及降压的切实措施，并应考虑在压力试验中可能出现的压力差。4-32 在管板和平盖的选材中，何时采用锻件？何时采用板材？答：一般在以下情况下采用锻件：a. 管板厚度大于60mm；b. 形状复杂的管板；c. 带凸肩与壳体焊接的管板。除以上情况外采用板材。板材应采用压力容器用板，并应符合GB150的相应规定。4-33 管板与换热管之间的连接方式主要有哪几种？适用范围如何？答：主要连接方式有：强度焊、强度胀及胀焊并用。强度焊适用于设计压力35MPa的换热器，但不适用于有较大振动及有间隙腐蚀的场合。强度胀适用于设计压力4MPa，设计温度300MPa，操作中无剧烈振动、无过大温度变化及无严重的应力腐蚀的换热器。胀焊并用结构适用于密封性能要求较高的场合、承受振动或疲劳载荷的场合及有间隙腐蚀的场合。4-34 GB151标准中换热器壳体最小厚度由哪些因素决定答：换热器壳体最小厚度的确定主要从考虑壳体具有足够的刚性，减小变形，有利与管板和管束的安装。尤其是浮头式和U形管式换热器的壳体，因无管板的支持作用又需要拆卸，故保证一定的厚度更为必要。此外对叠摞状态使用卧式换热器，其鞍座及接管都会对壳程筒体产生较大的局部应力，为此也须增加壳体的最小厚度。适当增大壳体圆筒的最小厚度，也有利于对管程设计压力较高的换热器在壳程进行管接头的泄露试验。4-35 不带膨胀节的固定管板换热器在壳程压力（正压）作用下，管子的轴向应力、壳程圆筒的轴向应力都是什么应力？容易发生何种失效？答：管子应力属于压缩应力。壳体的轴向应力为拉伸应力。容易发生管子纵向失稳或管接头拉脱。4-36 带膨胀节的固定管板换热器在壳程压力（正压）作用下，管子的应力、壳体的应力又是什么应力？ 答：管子应力为拉应力，壳程圆筒的轴向应力也为拉应力。4-37 不带膨胀节的固定管板换热器，在管程压力（正压）作用下。管子应力、壳体应力都为什么应力？容易发生何种失效？答：管子应力为拉应力，壳体应力为拉应力，容易发生管接头拉脱。4-38 固定管板换热器，在壳程压力（正压）作用下，设置膨胀节后管板应力、管子应力和壳体应力都怎么变化？答：管板应力大大降低，管子应力由压应力变为拉应力，壳体应力大大下降，但仍为拉应力。4-39 固定管板换热器，在管程压力（正压）作用下，设置膨胀节后管板应力、管子应力和壳体应力都怎么变化？答：管板应力增大，管子应力增大，为拉应力。壳体应力下降，但仍为拉应力。4-