[发明专利]一种双管双管板换热器管板计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种换热器管板的设计计算方法，尤其涉及一种双管双管板换热器管板的设计计算方法。

背景技术

管壳式换热器广泛应用于过程工业冷热介质之间的热交换过程，泄漏是换热设备常见的故障之一，对普通的换热器来说，一旦发生泄漏，会使得参与换热的两介质相互接触。在一般的化工工艺中，换热器发生少量泄漏通常是允许的，但在多晶硅、有机硅和氟化工等许多特殊场合中要求参与换热的两种介质绝对不能出现混合接触，否则将危害设备安全，甚至引发灾难性事故。因此相关领域技术人员研发了一种双管双管板的安全型换热器，该换热器的每个换热管是由两根管子套在一起组成，且内管和外管之间存有间隙；换热器前后两端各有两块管板，换热器的内换热管两端分别和两块外管板连接，外换热管两端分别与两块内管板连接；换热器两端的内、外管板之间分别存有间隙，该间隙通过内、外换热管之间的间隙相互贯通，构成了一个密闭的腔体。这样，当换热器内发生泄漏时，泄漏的介质会首先进入该密闭腔体，引起该密闭腔体的压力变化。通过监测密闭腔体的压力变化便可及时发现换热器发生泄漏并采取有效措施，可以有效避免换热器内冷热介质因泄漏而相互接触，保证设备安全。

目前国内外对双管双管板换热器的研究主要集中在结构选择、双套管型式、传热分析以及泄漏监测等方面，在管板强度设计方面的研究还比较欠缺。目前，对双管双管板的强度设计目前还没有相关的标准，也没有相关的研究机构提出可靠的设计方法，很多设计主要依靠工程经验或实验方法，而这些设计方法或对设计部门要求较高，或经济投入较大，且设计周期长。设计出的换热器管板也常出现强度不足有安全隐患，或是材料选择太厚浪费现象非常严重等问题。

发明内容

本发明的目的是：提出一种双管双管板换热器管板计算方法，为该类型换热器的设计提供一种可靠的设计方法。

本发明采取的技术方案是：一种双管双管板换热器管板的设计计算方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，将双管双管板换热器拆解成两个普通固定管板式换热器：外换热器和内换热器，所述外换热器由内换热管和两块外管板组成，所述内换热器由外换热管和两块内管板组成；

步骤2，按照相关国家标准中规定的固定管板式热交换器管板计算方法进行计算。

作为优选方案，对于拆解出的外换热器，计算筒体的轴向刚度时考虑外换热管和两个内管板对筒体的约束作用，对于拆解出的内换热器，计算筒体的轴向刚度时考虑内换热管和两个外管板对筒体的约束作用，步骤2中拆解出的外换热器换热管束与圆筒的刚度比Q₁以及拆解出的内换热器换热管束与圆筒的刚度比Q₂分别按下式进行计算：

其中，L为两个外管板之间的距离，

L₁为内管板与外管板之间的距离，

L₂为两个内管板之间的距离，

a₁为内换热管单根换热管管壁金属的横截面积，

a₂为外换热管单根换热管管壁金属的横截面积，

n为换热管根数，

E₁为内外管板之间隔离腔筒体弹性模量，

E₃为换热器筒体的弹性模量，

E_t1为内换热管材质的弹性模量，

E_t2为外换热管材质的弹性模量，

A₁为内外管板之间连接短节的横截面积，

A₃为换热器筒体横截面积。

相对于现有技术，本发明的有益效果是为提出了一种双管双管板换热器管板的设计计算方法，解决了长期困扰相关领域技术人员的该类型换热器设计的关键技术难题。

附图说明

图1为双管双管板换热器结构示意图。

图2为拆解得到的外换热器结构示意图。

图3为拆解得到的内换热器结构示意图

图4为外换热器当量筒体图

图5为内换热器当量筒体图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。