换热器u形波纹管膨胀节的设计_梁宏斌 (1)

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1、2011，21(4)梁宏斌等换热器U形波纹管膨胀节的设计23换热器U形波纹管膨胀节的设计梁宏斌*曹岩许学斌华陆工程科技有限责任公司西安710065摘要膨胀节在石油化工行业得到广泛的应用。依据《压力容器波形膨胀节》GB16749－1997，分析波壳壁厚、波高、波纹管层数、波数、波距等参数对膨胀节主要性能的影响，总结出较好的设计方法，并以设计实例说明膨胀节设计要点及方法。关键词换热器膨胀节波形参数影响因素膨胀节也叫伸缩节或波纹管补偿器，利用波寿命。纹管补偿器的弹性元件的伸缩变形来吸收管线、对特殊要求的管道:①炼油厂催化裂化装置导管或容器由热胀冷缩等原因而产生

2、的轴向、横回收烟机机组进出口管道系统，必须限制管道作向和角向位移。由于它具有工作可靠、性能良好、用在烟机上的力及弯矩，以免烟机偏离对中状态结构紧凑等优点，已广泛应用在化工、冶金和核而产生运转异常和机械损伤，这时波纹管的轴向能等部门。刚度为主要控制因素;②对一些高压管道、较长膨胀节的性能指标要求较多，如补偿量、轴的直管道或高温管道，往往由于内压较高，或由向刚度、耐压强度、平面稳定性及疲劳寿命等。于膨胀量大而波数较多，使得平面稳定性和耐压而影响膨胀节性能的因素可分为两大类:强度成为主要矛盾;③对于固定管板换热器上的(1)包括压力波动、温度变化、制造偏差、膨胀

3、节，为了满足壳体轴向力及补偿量的需求，安装误差、管路布置、结构形式和腐蚀环境等外轴向刚度要尽可能小。部因素。2膨胀节的设置(2)包括波壳材料和波形参数的设计因素。波纹管膨胀节的波形种类较多，常用的有U应用在固定管板换热器上的膨胀节，主要用形、Ω形、S形等。在实际工程应用中，U形波纹来满足变形协调。在操作过程中，波纹管膨胀节管膨胀节应用最为广泛。本文主要分析换热器U除产生位移变形外，还要承受一定的工作压力，形波纹管膨胀节的波高、波距、壁厚、层数、波所以保证其安全可靠地工作是十分重要的。在固数等波形参数的变化对膨胀节性能的影响。膨胀定管板换热器设计计算中，要

4、根据设备设计条件节的设计实质就是通过调整波纹管的波形参数来来判断是否需要设置膨胀节。按照《管壳式换热满足所需的性能要求。着重分析在正压工况下，器》GB151－1999规定，根据设计压力、设计温各个参数对膨胀节性能的影响。度、壳程圆筒和换热管的金属温度等条件计算管可以按照《压力容器波形膨胀节》GB16749子轴向应力、壳程圆筒轴向应力、换热管与管板－1997选取标准膨胀节，也可在制造厂系列产品拉脱应力等，当应力不满足要求时就需设置膨胀型号中选取。对于超出产品所列尺寸的膨胀节，节。有时为了降低固定管板换热器的管板厚度也则需要设计人员按标准规范设计。可设置膨胀

5、节。此时就需要综合权衡设备的材料消耗、制作难易、安全及经济效益合理地设计。1主要性能指标3计算公式膨胀节的主要性能指标有耐压强度、疲劳寿命、轴向刚度、平面稳定性、补偿量等。一般情掌握设计可变因素对波纹管性能影响的规律，况下，膨胀节的设计主要考虑补偿能力和疲劳对指导膨胀节的设计及选型是十分必要的。为了*梁宏斌:工程师。2005年毕业于北京化工大学过程装备与控制工程专业。主要从事化工设备的设计和研究工作。联系电话:(029)87989216，E－mail:lhb1983629@163.com。24CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计20

6、11，21(4)t更清楚地掌握各参数对膨胀节性能的影响，有必式中，Eb为设计温度下波纹管材料的弹性模要了解《压力容器波形膨胀节》GB16749－1997量，MPa。中的部分设计计算公式。U形波纹管膨胀节示意见多波膨胀节的波纹管轴向刚度Kn:图1。Kn=K/nN/mm(10)膨胀节一个波的轴向位移e1:e1=F/Kmm(11)式中，F为膨胀节总轴向力，N。单波位移量和多波位移量的关系:薄壁多波位移量:e=e1(n－0.7)mm(12)图1U形波纹管膨胀节厚壁多波位移量:内压引起的波纹管周向薄膜应力σ1:e=e1nmm(13)σ1=PDm/［2mSP(0.5

7、71+2h/W)］MPa(1)疲劳破坏时的循环次数N:Dm=D0+hN=［12820/(TfσR－370)］3.4(14)0.5SP=S(Db/Dm)式中，Tf为疲劳寿命的温度修正系数，室温条件式中，P为设计压力，MPa;Dm为波纹管平均直下Tf=1。径，mm;D0'为容器圆筒外直径，mm;m为波纹许用循环次数［N］:管的层数;Sp为考虑成形过程中厚度减薄时，波［N］=N/nf(15)纹管一层材料的厚度，亦可采用成形减薄后的实式中，nf为疲劳寿命安全系数，nf≥15。测值，mm;Db为波纹管直边段与波纹内径，mm;膨胀节的平面失稳压力Ps:S为波纹管一层

8、材料的名义厚度，mm;h为波纹管P=1.4mS2t/(h2C)MPa(16)SP