检修现场拆开换热器封头时,常发现管束与壳体连接处存在环向裂纹,追溯运行记录,多与温差超限引起的热应力反复作用有关。管壳式交换器的结构选型是否匹配实际工况,直接决定这类问题的发生概率。以下从技术对比角度,对固定管板式与带膨胀节结构、壁厚分级、压差清洗判据等要点做问答式说明。
固定管板式结构两端管板与壳体刚性连接,制造简单、管程可承受较高压力,但壳程与管程金属壁温差异较大时,壳体与管束的热膨胀量不同,会在管板、管子与壳体连接部位产生热应力。当设计温差超过60℃时,宜在壳体上设置膨胀节,以吸收部分热伸长量,缓解热应力。膨胀节结构会增加壳程阻力与制造成本,且壳程介质若易结垢,膨胀节波谷处清理不便。选型时需以实际工况温差、壳程介质清洁程度和检修周期综合权衡:温差较小且壳程介质清洁的工况,固定管板式结构即可满足;温差较大或启停频繁的场合,带膨胀节结构更为稳妥。
壳体与管束壁厚按设计压力分级确定,设计压力越高,壁厚相应增加。设计温度用于校核材质在该温度下的许用应力与膨胀量,两者不可混用。壁厚计算还需考虑腐蚀裕量、钢板负偏差及加工减薄量。对于管束,除强度要求外,还需关注管子与管板的连接方式,胀接加焊接的复合连接在温差波动工况下对密封可靠性有一定帮助。
运行中应定期记录进出口压力表与温度计读数。若进出口压差比初始清洁状态升高0.05MPa以上,通常表明管程或壳程流道存在结垢或堵塞,应安排清洗。清洗方式需结合垢层性质选择,机械清洗适用于硬质垢,化学清洗适用于软垢,但需注意清洗液对管材与壳体的腐蚀影响。清洗后应复测压差并记录,作为下一次清洗判据的基准。