換熱器U形波紋管膨脹節(jié)的設(shè)計

梁宏斌 曹巖 許學(xué)斌 華陸工程科技有限責(zé)任公司 西安 710065

換熱器U形波紋管膨脹節(jié)的設(shè)計

梁宏斌*曹巖 許學(xué)斌 華陸工程科技有限責(zé)任公司 西安 710065

膨脹節(jié)在石油化工行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。依據(jù)《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997，分析波殼壁厚、波高、波紋管層數(shù)、波數(shù)、波距等參數(shù)對膨脹節(jié)主要性能的影響，總結(jié)出較好的設(shè)計方法，并以設(shè)計實例說明膨脹節(jié)設(shè)計要點及方法。

換熱器膨脹節(jié)波形參數(shù)影響因素

膨脹節(jié)也叫伸縮節(jié)或波紋管補償器，利用波紋管補償器的彈性元件的伸縮變形來吸收管線、導(dǎo)管或容器由熱脹冷縮等原因而產(chǎn)生的軸向、橫向和角向位移。由于它具有工作可靠、性能良好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用在化工、冶金和核能等部門。

膨脹節(jié)的性能指標(biāo)要求較多，如補償量、軸向剛度、耐壓強度、平面穩(wěn)定性及疲勞壽命等。而影響膨脹節(jié)性能的因素可分為兩大類:

(1)包括壓力波動、溫度變化、制造偏差、安裝誤差、管路布置、結(jié)構(gòu)形式和腐蝕環(huán)境等外部因素。

(2)包括波殼材料和波形參數(shù)的設(shè)計因素。

波紋管膨脹節(jié)的波形種類較多，常用的有U形、Ω形、S形等。在實際工程應(yīng)用中，U形波紋管膨脹節(jié)應(yīng)用最為廣泛。本文主要分析換熱器U形波紋管膨脹節(jié)的波高、波距、壁厚、層數(shù)、波數(shù)等波形參數(shù)的變化對膨脹節(jié)性能的影響。膨脹節(jié)的設(shè)計實質(zhì)就是通過調(diào)整波紋管的波形參數(shù)來滿足所需的性能要求。著重分析在正壓工況下，各個參數(shù)對膨脹節(jié)性能的影響。

可以按照《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997選取標(biāo)準(zhǔn)膨脹節(jié)，也可在制造廠系列產(chǎn)品型號中選取。對于超出產(chǎn)品所列尺寸的膨脹節(jié)，則需要設(shè)計人員按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計。

1 主要性能指標(biāo)

膨脹節(jié)的主要性能指標(biāo)有耐壓強度、疲勞壽命、軸向剛度、平面穩(wěn)定性、補償量等。一般情況下，膨脹節(jié)的設(shè)計主要考慮補償能力和疲勞壽命。

對特殊要求的管道:①煉油廠催化裂化裝置回收煙機機組進出口管道系統(tǒng)，必須限制管道作用在煙機上的力及彎矩，以免煙機偏離對中狀態(tài)而產(chǎn)生運轉(zhuǎn)異常和機械損傷，這時波紋管的軸向剛度為主要控制因素;②對一些高壓管道、較長的直管道或高溫管道，往往由于內(nèi)壓較高，或由于膨脹量大而波數(shù)較多，使得平面穩(wěn)定性和耐壓強度成為主要矛盾;③對于固定管板換熱器上的膨脹節(jié)，為了滿足殼體軸向力及補償量的需求，軸向剛度要盡可能小。

2 膨脹節(jié)的設(shè)置

應(yīng)用在固定管板換熱器上的膨脹節(jié)，主要用來滿足變形協(xié)調(diào)。在操作過程中，波紋管膨脹節(jié)除產(chǎn)生位移變形外，還要承受一定的工作壓力，所以保證其安全可靠地工作是十分重要的。在固定管板換熱器設(shè)計計算中，要根據(jù)設(shè)備設(shè)計條件來判斷是否需要設(shè)置膨脹節(jié)。按照《管殼式換熱器》GB 151－1999規(guī)定，根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、殼程圓筒和換熱管的金屬溫度等條件計算管子軸向應(yīng)力、殼程圓筒軸向應(yīng)力、換熱管與管板拉脫應(yīng)力等，當(dāng)應(yīng)力不滿足要求時就需設(shè)置膨脹節(jié)。有時為了降低固定管板換熱器的管板厚度也可設(shè)置膨脹節(jié)。此時就需要綜合權(quán)衡設(shè)備的材料消耗、制作難易、安全及經(jīng)濟效益合理地設(shè)計。

3 計算公式

掌握設(shè)計可變因素對波紋管性能影響的規(guī)律，對指導(dǎo)膨脹節(jié)的設(shè)計及選型是十分必要的。為了更清楚地掌握各參數(shù)對膨脹節(jié)性能的影響，有必要了解《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997中的部分設(shè)計計算公式。U形波紋管膨脹節(jié)示意見圖1。

圖1 U形波紋管膨脹節(jié)

內(nèi)壓引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力σ1:

式中，P為設(shè)計壓力，MPa;Dm為波紋管平均直徑，mm;D0'為容器圓筒外直徑，mm;m為波紋管的層數(shù);Sp為考慮成形過程中厚度減薄時，波紋管一層材料的厚度，亦可采用成形減薄后的實測值，mm;Db為波紋管直邊段與波紋內(nèi)徑，mm; S為波紋管一層材料的名義厚度，mm;h為波紋管波高，mm;W為波紋管一個波的波長，mm。

內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ2:

內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ3:

式中，Cp為系數(shù)，由文獻［1］圖6－2查得。

軸向位移引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ4:

式中，Eb為室溫下波紋管材料的彈性模量，MPa; e1為一個波的軸向位移，mm;C2為腐蝕裕量，mm;Cf為系數(shù)，由文獻［1］圖6－3查得。

軸向位移引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ5:

式中，Cd為系數(shù)，由文獻［1］圖6－4查得。

壓力引起的經(jīng)向薄膜組合應(yīng)力σp:

軸向位移引起的經(jīng)向薄膜組合應(yīng)力σd:

經(jīng)向薄膜總組合應(yīng)力σR:

單波軸向剛度K:式中，Eb為設(shè)計溫度下波紋管材料的彈性模量，MPa。

多波膨脹節(jié)的波紋管軸向剛度Kn:

膨脹節(jié)一個波的軸向位移e1:

式中，F(xiàn)為膨脹節(jié)總軸向力，N。

單波位移量和多波位移量的關(guān)系:

薄壁多波位移量:

厚壁多波位移量:

疲勞破壞時的循環(huán)次數(shù)N:

式中，Tf為疲勞壽命的溫度修正系數(shù)，室溫條件下Tf=1。

許用循環(huán)次數(shù)［N］:

式中，nf為疲勞壽命安全系數(shù)，nf≥15。

膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)壓力Ps:

式中，σt

s為設(shè)計溫度下波紋管材料的實際屈服點，MPa。

4 校核

4.1 應(yīng)力

波紋管的各項應(yīng)力應(yīng)滿足以下條件:

(1)σ1、σ2應(yīng)分別小于或等于設(shè)計溫度下波紋管材料的許用應(yīng)力［σ］t。

(2)σp小于或等于1.5。

(3)對于碳素鋼、低合金鋼材料的波紋管: σR小于或等于2。

(4)對于奧氏體不銹鋼材料的波紋管:σR小于或等于2σt

s時，可不考慮疲勞壽命的問題，否則應(yīng)按規(guī)定進行疲勞壽命校核。

4.2 疲勞壽命

當(dāng)σR大于2σts時，需要考慮塑性應(yīng)變疲勞情況，必須保證經(jīng)過膨脹節(jié)使用壽命內(nèi)的可能循環(huán)次數(shù)而不致破壞。對于碳素鋼、低合金鋼材料的波紋管，由于它的抗疲勞性能差，故限定σR必須小于或等于2σts;而對于奧氏體不銹鋼材料的波紋管，當(dāng)σR大于2σts時，需要進行疲勞壽命校核。疲勞破壞時的循環(huán)次數(shù)按式(14)和式(15)計算。奧氏體不銹鋼材料常溫時的疲勞循環(huán)次數(shù)也可由文獻［1］圖6－5查得。設(shè)計要求的波紋管操作循環(huán)次數(shù)Nd必須小于或等于許用循環(huán)次數(shù)［N］，即Nd≤［N］。

4.3 平面失穩(wěn)

根據(jù)式(16)可計算出膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)壓力Ps，為了避免膨脹節(jié)發(fā)生平面失穩(wěn)而導(dǎo)致一個或多個波紋平面發(fā)生偏移或翹曲，就必須要求設(shè)計壓力P小于或等于膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)壓力Ps。

5 影響膨脹節(jié)性能的主要參數(shù)

從以上公式可以得出影響膨脹節(jié)性能的主要參數(shù):①耐壓強度σ1、σ2、σ3;②疲勞壽命N，而主要影響N值的是σ4和σ5;③軸向剛度K;④平面穩(wěn)定性Ps;⑤補償量e1。

不難看出，每個參數(shù)的變化都會引起應(yīng)力的變化，但各參數(shù)之間又是互相制約的。只有調(diào)整好各參數(shù)，才能使膨脹節(jié)的設(shè)計不僅滿足結(jié)構(gòu)要求，而且能節(jié)約材料成本。

5.1 波紋管一層材料的名義厚度S

波紋管一層材料的名義厚度S取決于設(shè)計壓力和設(shè)計溫度，它是滿足膨脹節(jié)強度需要的主要參數(shù)。但是它不像一般壓力容器那樣越厚越安全，而是需要一個較合理的數(shù)值。假設(shè)波高、波距、層數(shù)、波數(shù)等參數(shù)已給定，從上述公式中不難看出，增加名義厚度S(則Sp值也增加)，內(nèi)壓引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力σ1、內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ2、內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ3則均有所下降，從而提高了波紋管膨脹節(jié)的耐壓強度，軸向剛度K和平面穩(wěn)定性Ps也得到提升;相反，軸向位移引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ4和軸向位移引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ5則有所增加，使疲勞壽命降低，還有軸向剛度K的提升導(dǎo)致膨脹節(jié)一個波的軸向位移e1減小，所以補償量也相應(yīng)減小。因此，名義厚度S的增加或減小有利有弊。正確的方法是在滿足耐壓強度要求和平面失穩(wěn)要求的前提下，盡量減小名義厚度S。

5.2 波紋管波高h

波紋管波高h對膨脹節(jié)性能的影響與壁厚恰恰相反，當(dāng)波高h增加時，內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ2和內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ3明顯增加，但是軸向位移引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ4及軸向位移引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ5則下降，使波紋管柔性增加，提高了疲勞壽命和補償能力，減小了耐壓強度、軸向剛度和平面穩(wěn)定性。因而為提高波紋管膨脹節(jié)的補償能力，增大波高是重要手段之一。因此，波高h的選取原則是在滿足耐壓強度要求和平面失穩(wěn)要求的前提下，盡量增加波高h。但是波高h的大小又受到制造成形的限制，波高h的選取是按成形比(波紋管外徑Dw/波紋管直邊段外徑Do)確定的，一般當(dāng)Do/ Dw=1.10～1.55時，實際減薄量比較接近計算減薄量。如果成形比過大，由于減薄量太大致使波紋管在成形過程中因承受不起成形壓力而破裂。一般設(shè)計時根據(jù)連接件口徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸確定波紋管直邊段外徑Do后，即可確定波紋管外徑Dw，波高h=(Dw－Do)/2。因此在設(shè)計膨脹節(jié)時盡量參照《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997和制造廠系列產(chǎn)品型號中波高h的數(shù)值。

5.3 波紋管層數(shù)m

隨著制造水平的提高，多層波紋管膨脹節(jié)已成為一種發(fā)展趨勢，但多層波紋管膨脹節(jié)的應(yīng)力狀況較為復(fù)雜，且對膨脹節(jié)的性能影響比較大，目前多用試驗和應(yīng)力分析的方法來研究。故本文通過《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997的公式，假設(shè)當(dāng)多層波紋管的總厚度與單層波紋管的厚度一致時，比較兩者性能。

5.3.1 耐壓強度

由于多層波紋管總厚度與單層結(jié)構(gòu)厚度相同，內(nèi)壓引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力σ1和內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ2不受影響。由于多層結(jié)構(gòu)中每一層的材料較薄，則內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ3升高，導(dǎo)致膨脹節(jié)的耐壓強度降低。

5.3.2 疲勞壽命

由于多層波紋管每一層材料較薄，軸向位移引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ4和軸向位移引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ5均要降低，所以多層結(jié)構(gòu)的疲勞壽命比單層結(jié)構(gòu)有所提高。

5.3.3 軸向剛度

由于多層波紋管每一層材料較薄，波紋管整體軸向剛度降低，柔性增大。

5.3.4 平面穩(wěn)定性

由于多層波紋管每一層材料較薄，波紋管的平面穩(wěn)定性有所下降。從式(16)可以看出，波紋管一層材料的厚度Sp減小，膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)壓力Ps也隨之減小。

5.3.5 補償量

波紋管補償量e1和波紋管軸向剛度K有關(guān)，多層波紋管較單層波紋管的軸向剛度小，則補償量較單層波紋管大。

多層波紋管的優(yōu)點:①有較大的變形補償量與疲勞壽命，尤其是在溫差較大的換熱設(shè)備與管道中;②撓性好、補償變形能力強、疲勞壽命強;③在腐蝕環(huán)境下，只需在內(nèi)外層使用特殊防腐材料，可降低成本;④在高溫高壓下使用較為安全，它不會各層同時突然爆裂，不具有威脅力。

多層波紋管的缺點:①多層波紋管在制造時卻多貼合工序，成本較高，且加工時要充分注意各層間的貼合質(zhì)量;②改變波紋管層數(shù)會發(fā)生耐壓強度不夠而有平面失穩(wěn)的危險，即在相同應(yīng)力狀態(tài)下，多層波紋管的總厚度要比單層波紋管厚一些。

所以，多層波紋管的性能雖好，但是在確定是否采用多層波紋管或改變多層波紋管層數(shù)時要慎重，因為在保證設(shè)計要求前提下，應(yīng)優(yōu)先選用單層波紋管膨脹節(jié)，畢竟其制作簡單，成本低。

5.4 波紋管波數(shù)n

增加波數(shù)對內(nèi)壓引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力σ1、內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ2、內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向彎曲應(yīng)力σ3都沒有影響，故對整個膨脹節(jié)的耐壓強度和平面穩(wěn)定性沒有影響。由于所需總的補償量不變，當(dāng)波數(shù)增加時，從式(12)和式(13)可以看出，單波的補償量減少了。這樣位移引起的應(yīng)力σ4、σ5下降，提高了疲勞壽命，同時也降低了波紋管的整體軸向剛度。不過，膨脹節(jié)波數(shù)的增加會給制造和安裝帶來困難，因此，波數(shù)的選取原則是在滿足補償量的前提下盡量少些。

5.5 波紋管波距W

根據(jù)實踐經(jīng)驗和參數(shù)分析，波距是影響波紋管膨脹節(jié)性能的不可忽視的因素，而且在波紋管成形過程中，波距也是較難控制的參數(shù)。波距的大小與波高有關(guān)，《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997選取的h/W的比值為:薄壁波紋管h/W=0.8～1.2，厚壁波紋管h/W=0.5～1。除了內(nèi)壓引起的波紋管經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ2與波距無關(guān)外，波距的變化在不同程度上影響著波紋管的各個性能。

首先，從公式能看出，隨著波距W的增大，內(nèi)壓引起的波紋管周向薄膜應(yīng)力σ1也隨之增大，導(dǎo)致波紋管的耐壓強度有所下降;其次，波紋管波距的影響主要是形狀尺寸系數(shù)Cp、Cf、Cd體現(xiàn)的，而從《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997中Cp、Cf、Cd系數(shù)圖上可以看出，波距W對各系數(shù)的影響較為復(fù)雜，所以本文就暫不作過多的分析。

總之，波距的較大變化是一個不利因素，會給膨脹節(jié)帶來強度安全和穩(wěn)定方面的問題。為制造方便，同一直徑波紋管的波形半徑R是一定值，因此，膨脹節(jié)波長W的取值應(yīng)參考《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997和制造廠系列產(chǎn)品型號中波形半徑R值選取。

5.6 小結(jié)

綜合歸納分析波紋管各主要參數(shù)對膨脹節(jié)性能影響，見表1和表2。

表1 波紋管波形參數(shù)對其應(yīng)力的影響

表2 波紋管波形參數(shù)對其性能的影響

從表1和表2可以看出各個波形參數(shù)對膨脹節(jié)性能的影響情況，可以在設(shè)計中合理調(diào)整各個參數(shù)來改善應(yīng)力狀況，從而設(shè)計出較合理的膨脹節(jié)。

6 設(shè)計實例

通過對揚巴二期改造項目中二甲胺分離塔再沸器在開車工況時膨脹節(jié)的設(shè)計計算，分析波形參數(shù)對膨脹節(jié)性能的影響。該設(shè)備公稱直徑為DN900mm;管板厚度為55mm;換熱管外徑/壁厚/管長為Φ25×2×2500 mm;換熱管個數(shù)為585;波紋管操作循環(huán)次數(shù)為3000;波紋管疲勞壽命安全系數(shù)為15;波紋管材料為00Cr17Ni14Mo2;管程和殼程的材料腐蝕裕量均為0mm。主要設(shè)計參數(shù)見表3。

表3 設(shè)計參數(shù)

通過SW6計算軟件計算得知，該換熱器需要加膨脹節(jié)。因此，從換熱器形式和設(shè)計條件，可選用《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997中的ZDL型DN900標(biāo)準(zhǔn)膨脹節(jié)。首先輸入公稱壓力為2.5 MPa的ZDL型DN900標(biāo)準(zhǔn)膨脹節(jié)數(shù)據(jù)進行計算校核(計算過程略)，計算結(jié)果見表4。

從表4可以看出，內(nèi)壓引起的周向薄膜應(yīng)力σ1和內(nèi)壓引起的經(jīng)向薄膜應(yīng)力σ2都小于設(shè)計溫度下波紋管材料的許用應(yīng)力值［σ］t，并且軸向位移引起的經(jīng)向薄膜組合應(yīng)力σd也小于1.5倍的設(shè)計溫度下波紋管材料的實際屈服點σts，所以該膨脹節(jié)的耐壓強度校核合格。對于奧氏體不銹鋼波紋管膨脹節(jié)，當(dāng)經(jīng)向薄膜總組合應(yīng)力σR大于2倍的設(shè)計溫度下波紋管材料的實際屈服點σts時，需進行疲勞校核。但是計算得出的許用循環(huán)次數(shù)［N］為914次，小于設(shè)計疲勞破壞循環(huán)次數(shù)3000次，則此膨脹節(jié)的疲勞壽命校核不合格。再看膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)的校核，計算得出平面失穩(wěn)壓力Ps小于設(shè)計壓力P，故膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)校核也不合格。

根據(jù)以上分析，為了提高膨脹節(jié)的疲勞壽命，可以通過減小波紋管壁厚和增加波紋管波數(shù)、層數(shù)以及波高來解決，而為了提高膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)壓力只能通過增加波紋管壁厚。通過第5節(jié)波形參數(shù)對膨脹節(jié)性能影響的論述，一般情況下不宜增加波紋管的層數(shù)，波高應(yīng)盡量按照《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997來選取，故為了在提高膨脹節(jié)的疲勞壽命的同時又要滿足膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)要求，可將波紋管膨脹節(jié)的波數(shù)增加到2，且將膨脹節(jié)的壁厚增加至12mm，計算結(jié)果見表5。

表4 調(diào)整參數(shù)前膨脹節(jié)計算結(jié)果

從表5可以看出，計算得出的許用循環(huán)次數(shù)［N］為22347次，大于設(shè)計疲勞破壞循環(huán)次數(shù)3000次，則此膨脹節(jié)的疲勞壽命校核合格。再看膨脹節(jié)的平面失穩(wěn)的校核，計算得出平面失穩(wěn)壓力Ps大于設(shè)計壓力P，故此平面失穩(wěn)校核也合格。所以，通過調(diào)整波紋管波形參數(shù)，達到提高膨脹節(jié)性能的目的，使膨脹節(jié)的各項校核合格。

表5 調(diào)整參數(shù)后膨脹節(jié)計算結(jié)果

7 結(jié)語

(1)波紋管膨脹節(jié)的性能與設(shè)計可變因素密切相關(guān)，因此必須正確選擇或改變波形參數(shù)。對不同用途或不同控制因素的波紋管膨脹節(jié)，確定其波形參數(shù)應(yīng)有側(cè)重，且需綜合考慮。

(2)對強度為主要控制因素的波紋管膨脹節(jié)，主要通過加大波紋管波殼的壁厚或降低波高來達到增加耐壓強度的目的，但這樣會在不同程度上降低波紋管的補償能力和疲勞壽命，此種情況需要綜合分析，選擇最佳方案。

(3)對由疲勞壽命為主要控制因素的波紋管膨脹節(jié)，首先應(yīng)該考慮的是單層波紋管。當(dāng)波紋管的壁厚由設(shè)計壓力和設(shè)計溫度確定并滿足平面穩(wěn)定性要求時，如果不能滿足疲勞壽命的要求，可適當(dāng)提高波高。若波高超出標(biāo)準(zhǔn)和模具范圍時，可適當(dāng)增加波數(shù)，減小單個波紋管的膨脹量，即達到降低波高滿足要求。當(dāng)結(jié)構(gòu)和安裝尺寸不允許增加波數(shù)時，也可采用多層波紋管，但必須重新校核強度。當(dāng)單層波紋管能滿足設(shè)計要求時，還是盡量選擇單層波紋管，畢竟單層波紋管的造價比多層波紋管便宜得多。

(4)在設(shè)計固定管板換熱器時，當(dāng)管壁與殼壁溫差引起的熱膨脹差較大時，殼體軸向應(yīng)力增大。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在殼體上加裝波紋管膨脹節(jié)以降低殼體軸向應(yīng)力是一個行之有效的方法。波紋管膨脹節(jié)由于撓性大、易變形、其補償作用增大了殼體的伸長量，從而使管子與殼體熱膨脹伸長量的差值減少，達到降低殼體軸向應(yīng)力的目的，而且加設(shè)膨脹節(jié)后，管板撓曲變形變小，管板彎矩值下降，管板受力狀況好轉(zhuǎn)，從而減小了管板的厚度。當(dāng)管壁與殼壁溫差引起的膨脹差較小時，就沒有必要加膨脹節(jié)。此時，由于溫差軸向力小，不僅殼體軸向應(yīng)力值在許可值范圍內(nèi)，而且管板撓曲變形小，因而管板彎矩值小。如果這種狀況下加膨脹節(jié)，管板撓曲變形加大，管板經(jīng)向彎矩絕對值顯著增大，管板受力狀況反而惡化。所以不是所有的換熱器都需要加裝膨脹節(jié)，有時膨脹節(jié)的加裝反而達不到預(yù)期的效果，適得其反。故固定管板換熱器膨脹節(jié)的設(shè)置，必須通過正確的計算來判斷。

(5)通過分析各波形參數(shù)，總結(jié)出各參數(shù)對膨脹節(jié)性能的影響規(guī)律。從設(shè)計實例看出，波紋管的設(shè)計雖然較為復(fù)雜和繁瑣，但是只要找出所要解決的主要性能指標(biāo)，根據(jù)總結(jié)出的各參數(shù)對膨脹節(jié)性能的影響規(guī)律，結(jié)合《壓力容器波形膨脹節(jié)》GB 16749－1997，很快就能設(shè)計出合理的膨脹節(jié)。

1 GB 16749－1997，壓力容器波形膨脹節(jié)［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997．

2 GB 16749－1997，壓力容器波形膨脹節(jié)標(biāo)準(zhǔn)釋義［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997．

3 GB 151－1999，管殼式換熱器［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000．

4 李永生，李建國．波形膨脹節(jié)實用技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000．

5 李世玉．壓力容器設(shè)計工程師培訓(xùn)教程［M］．北京:新華出版社，2005．

6 李建國．新標(biāo)準(zhǔn)GB 16749－1997《壓力容器波形膨脹節(jié)》介紹［J］．化工設(shè)備設(shè)計，1997，34(2):32－39．

7 郭琳，蘭學(xué)軍，劉晨曦．波形膨脹節(jié)的綜合效應(yīng)［J］．內(nèi)蒙古石油化工，2000，26(4):10－15．

8 汪揚．多層波紋管膨脹節(jié)的強度、剛度與屈曲分析研究［D］．南京:南京航空航天大學(xué)，2005．

Introduce the range of use，classification and piping design technique for the steel pipe lined with polytetrafluoroethylene．

Design of Steel Pipe Lined with Polytetrafluoroethylene

Ding Xu，et al
(PetroChina Northeast Refining＆Chemical Engineering Co.，Ltd．Jilin Design Institute，Jilin 132002)

steel pipe lined with polytetrafluoroethylenepiping design

*梁宏斌:工程師。2005年畢業(yè)于北京化工大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)。主要從事化工設(shè)備的設(shè)計和研究工作。聯(lián)系電話:(029) 87989216，E－mail:lhb1983629@163.com。

(修改回稿2011－05－13)