对一个管壳式换热器进行温度和压力载荷作用下的有限元强度分析,并对这两种载荷作用 下的结构应力响应做分类研究,然后对结构进行改进,作同样的分析。比较这些结果,得出考虑温度载荷作用下的换热器强度校核的规律和结构设计的特点。

管壳式换热器是化工、石油、轻工、能源等工业应用广泛的过程设备之一，它具有选材范围广，换热表面清洗较方便，适用性较强，处理能力大，能承受高温和高压等特点。管壳式换热器的结构设计主要依据是GB151［1］，GB151 中关于换热器管板强度校核是根据弹性基础上薄板理论，在轴对称结构的条件下，将薄板的三维变形简化为二维梁式变形，由此来计算其强度的。而换热器壳体厚度的选择，主要是根据壳体所受到的壳程压力来确定。

换热器由于其工作特点，不仅有管程压力和壳程压力等载荷作用，而且还要受到工作介质的温度载荷作用。在GB151 中对压力载荷，给出了管板和壳体的尺寸选择，及固定管板兼作法兰的管板和壳体的连接方式。然而，对于在温度载荷作用下，这些尺寸却没有具体的说明要求。

本文通过一个管壳式换热器的强度校核，将载荷分类为压力载荷和温度载荷，来说明结构在这些载荷作用下的应力响应特点，进而提出该结构改进的意见。本文采用三维有限元的分析方法，来研究其内在规律。

换热器添加润滑剂的原因是什么？

　　有些人认为只要平时注意换热器的使用方式，做好定期的清洁、保养工作就不用添加润滑剂了，还可以省下一步工作。这种想法不仅不正确，还会造成非常严重的影响。

　　润滑剂的作用是：

　　一、清洁效果：换热器可以通过润滑油的循环去除杂质，并通过过滤器过滤掉。

　　二、减少磨损：在设备中添加润滑剂可以减少磨损、表面疲劳、由于粘着磨损等引起的磨损。

　　三、减少摩擦：在换热器的摩擦面上加润滑剂可以降低摩擦系数，从而降低摩擦阻力，节省能耗。

　　四、传输功率：在很多情况下，在换热器中添加润滑剂具有传输功率的功能。

　　五、防锈效果：防止空气，水滴、水蒸气、腐蚀性气体和液体、灰尘、氧化物引起腐蚀。

　　因此觉得润滑剂可有可无的用户一定要立马认知到这种想法是不正确的，同时在之后使用、保养换热器时，一定要选择合适的润滑剂进行润滑，不然再标准的操作方式等等，也只会增加对设备的损耗。

怎样处理换热器的结垢问题？

　　防止结垢采取的措施有以下几方面：

　　一、机械在线除垢技术

　　1.使用磨粒在流体中加入固体颗粒来摩擦换热器表面，以清除污垢，但对换热器表面易产生腐蚀。

　　2.自动刷洗换热器管道刷洗设施由2个外罩和1个尼龙刷组成，外罩安装在每根管的两端，改变水流方向可使刷子沿管道前后推进刷洗。水流换向可使刷子沿管道前推刷洗。水流换向由压缩空气驱动并定时控制联结在管道上的四通阀来完成。

　　3.海绵胶球连续除垢主要应用于电站凝汽器中冷却水侧的污垢清除，海绵胶球在换热器管内通过泵打循环，胶球比管子直径略大，通过管子的每只胶球轻微地压迫管壁，在运动中擦除沉积物。

　　二、运行阶段污垢的控制

　　1.维持设计条件由于在设计换热器时，采用了过余的换热面积，在运行时，为满足工艺需要，需调节流速和温度，从而与设计条件不同，然而应通过旁路系统尽量维持设计条件(流速和温度)以延长运行时间，推迟污垢的发生。

　　2.运行参数控制在换热器运行时，进口物料条件可能变化，因此要定期测试流体中结垢物质的含量、颗粒大小和液体的pH值。

　　3.使用添加剂针对不同类型结垢机理，可用不同的添加剂来减少或消除结垢形成。如生物灭剂和、结晶改良剂、分散剂、絮凝剂、缓蚀剂、化学反应和适用于燃烧系统中防止结垢的添加剂等。

　　4.减少流体中结垢物质浓度通常，结垢随着流体中结垢物质浓度的增加而增强，对于颗粒污垢可通过过滤、凝聚与沉淀来去除；对于结疤类物质，可通过离子交换或化学处理来去除；紫外线、超声、磁场、电场和辐射处理紫外线对细菌非常有效，超声可有效抑制生物污垢，现在的研究还有磁场、电场和辐射处理装置，结论有待进一步研究。