换热器设计中设置膨胀节的判断和所需轴向伸缩量的计算

在固定管板式换热器设计中，当管程、壳程的温差和压力达到一定值时，必须在壳体上设置膨胀节；设置膨胀节后的固定管板式换热器，除换热器本身应按带有膨胀节的固定管板式换热器对各元件进行应力计算和校核外，还需对膨胀节本身的各项应力进行计算和校核，在计算中，必须用到膨胀节所需要的轴向伸缩量(或称设计伸缩量)。由于历史原因，对固定管板式换热器要否设置膨胀节的判断和在膨胀节设计(或按产品标准选用标准膨胀节)中对膨胀节设计伸缩量的确定这二个问题，过去和现行的有关标准或未予提及，或作出了错误的规定或误导，致使在正确执行GB151—89“和]BI121-83(设计膨胀节》中存在某些不尽人意之处。随着新国标《压力容器波形膨胀节》的制订和执行，在选用标准或设计非标准膨胀节中更需对上述问题加以明确。本文对这二个问题作出了分析和提示。

l固定管板式换热器和膨胀节设计筒述

固定管板式换热器由于管束和壳体通过二块管板予以固定，因而管束、壳体、管板三者在受载后的变形相互制约而构成了静不定系统，加上管、壳程正、负压力和正、负温差的各种组合，有时能使元件的压力应力和温差应力相互叠加，有时则能相互抵消。在某些情况下，管板厚度的增加虽能够降低管板的应力，但由于管板弯曲变形的降低(管板的弯曲变形在一定程度上能够缓解管束和壳体之间的刚性约束，即起到一些和膨胀节相当的补偿作用)，却会使管子或壳体的轴向应力上升，这一趋势又和该换热器的载荷条件——由于管，壳程温差所引起的载荷和压力所引起的载荷比值等一系列因素有关。限于篇幅，本文不拟对此进行详细分析，但由此可见，由于涉及因素之多，对在什么情况下应设置膨胀节以及在设置膨胀节后会引起哪些变化的问题，并不是可以简单地表示的。

不论采用何种方法设计膨胀节，基本上都可以从两个方面考虑压力和温差对膨胀节所引起的各项应力，一是由换热器管程压力对膨胀节引起薄膜和弯曲应力，二是由于要求膨胀节产生轴向伸缩量以起到补偿作用，对膨胀节沿轴向的拉伸或压缩使膨胀节产生薄膜和弯曲应力。所以．为计算各项应力．总要求确认膨胀节所受的压力(即换热器壳程压力)和膨胀节的轴向伸缩量。

2过去和现行有关标准的规定和分析