對于一定工況下能夠滿足工藝要求和安全要求的冷卻器設(shè)計(jì)方案有多種形式，而究竟哪一種方案的設(shè)備成本最低呢，在另一篇文章“固定管板式冷卻器強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)”（以下簡稱‘優(yōu)化設(shè)計(jì)“）中，通過分析在流體流程給定情況下管/殼程材料對冷卻器強(qiáng)度的影響，已提出了關(guān)于管/殼程材料優(yōu)化匹配的幾點(diǎn)建議，即通過對冷卻器管/殼程材料進(jìn)行優(yōu)化匹配，使冷卻器主要受壓元件一一管板、殼體、管子中的應(yīng)力減小，元件厚度減薄，使材料、制造費(fèi)用降低。在這里，我們通過對固定管板式冷卻器流程匹配或稱流程優(yōu)化分析來探討冷卻器的換熱效率。
  在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，工藝設(shè)計(jì)人員主要所考慮的是傳熱效率、流體阻力、操作穩(wěn)定性等方面的問題，而往往忽略流程對冷卻器強(qiáng)度的影響。事實(shí)上，流程對冷卻器強(qiáng)度是有影響的，而且在某些情況下影響還是相當(dāng)大的。因此，在冷卻器設(shè)計(jì)中，在滿足工藝要求的前提下，可通過流程的合理選擇，即冷熱兩種流體的流程與冷卻器管/殼程材料進(jìn)行優(yōu)化匹配，使冷卻器主要受壓元件一一管板、殼體、管子中的應(yīng)力減小，元件厚度減薄，最終降低設(shè)備成本。
  在固定管板式冷卻器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算中，溫差應(yīng)力往往起主導(dǎo)作用，尤其是當(dāng)管/殼程溫差較大時，溫差應(yīng)力將起決定作用。
  根據(jù)固定管板式冷卻器的強(qiáng)度計(jì)算理論，固定管板式冷卻器主要受壓元件一一管板、殼體、管子中的應(yīng)力分別為：管板徑向彎曲應(yīng)力管板布管區(qū)周邊剪應(yīng)力其中殼體圓筒軸向應(yīng)力A換熱管軸向應(yīng)力以上各種：當(dāng)溫差。應(yīng)力起決定作用時，尺=，A則管板、殼體、管子中的應(yīng)力簡量（管程材料確定后也為常數(shù)），管板、體、管+屮的應(yīng)力將由冷卻器4；殼程圓筒材料的熱膨脹差變形決定，而由此可以看出，影響固定管板式冷卻器溫差應(yīng)力的因素主要旮三個：一是管/殼程溫升（two）和（UKO），二是管/殼程材料性質(zhì)，三是流體的流程。
  管/殼程溫升是給定的工藝參數(shù)，在進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)時是不能改變，而改變管/殼程材料性質(zhì)對冷卻器強(qiáng)度的影I確及材料優(yōu)化匹配問題，11在優(yōu)化設(shè)計(jì)“文中W論過，現(xiàn)在我們來討論一下流體流程的選擇對冷卻器強(qiáng)度的影響及流程優(yōu)化匹配問題。
  山前面的理論分析知道，在Y起主導(dǎo)作用時，冷卻器各主要受正元件中的應(yīng)力，由冷卻器4；殼程圓筒材料的熱膨脹差決定：由此說明，當(dāng)管/程材料線膨脹系數(shù)接近或相等時，改變流程將使冷卻器主要受壓元件屮的應(yīng)力改變方向（拉/ffi），而數(shù)值保持不變。

  當(dāng)管/殼程材料線膨脹系數(shù)相差較人時，有兩種情況：壓元件中的應(yīng)力改變方向，而且還使應(yīng)力的數(shù)值變大。
  由以上分析可以看出流程對固定管板式冷卻器強(qiáng)度的影響。同時也說明，從強(qiáng)度上講存在著流程優(yōu)化問題，即對于/殼程材料線膨脹系數(shù)相同或相近的冷卻器，可通過流體流程的優(yōu)化匹配來改變管板、殼體、管子中的應(yīng)力方向，從而提高特殊材料（如某些秋性較差的柿科）冷卻器的強(qiáng)度；對于管/殼程撕線膨胯數(shù)相差較大的冷卻器，可通過流程優(yōu)化匹配來減小管板、體、管子中的應(yīng)力數(shù)值和改變應(yīng)力的方向，從而使冷卻器主要受壓元件的厚度減小，減少材料消塍RI加工費(fèi)用，從而達(dá)到對冷卻器強(qiáng)度優(yōu)化的目的。
  4結(jié)論及流滕化匹配的幾點(diǎn)原則由上述討論可知，固定管賦冷卻器管板、固定管板式冷卻器冷熱流體的流程應(yīng)由工藝設(shè)計(jì)人員和機(jī)械設(shè)計(jì)人員一起討論確定；當(dāng)管/殼程；m線膨相差不大（<5%）時，可不考慮流程對冷卻器強(qiáng)度的影響；當(dāng)管/殼程柿料線膨脹系數(shù)相差較大（>5%）時，應(yīng)考慮流程對冷卻器強(qiáng)度的影響，即在確定流體流程時，應(yīng)使熱流體走材料線膨脹系數(shù)較小的一程，而冷流體走柿科線膨脹系數(shù)較大的一程，以減小管板、殼體和管中的應(yīng)力。
  一文中所舉的例子，假設(shè)原流程為：管程走酒精，殼程走水蒸氣，管/程設(shè)計(jì)溫度為90/150C，管/殼程材料為20/10*18Ngn，在相應(yīng)管/殼程溫度下，管/程體和管子中的應(yīng)力，除與工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)及材料性質(zhì)有關(guān)外，還與流體的流程有關(guān)，尤其是在r起決定作用的情況下，當(dāng)管子與殼的線膨脹系數(shù)相同時，改變流程只改變管子與殼體中應(yīng)力的方向，而不改變應(yīng)力的數(shù)值；當(dāng)管子與殼體材料線膨脹系數(shù)不同時，改變流程不僅可以改變管子與殼體中應(yīng)力的方向，而且還可以改變應(yīng)力的數(shù)值，并且管/殼程材料線膨脹系數(shù)相差越大，應(yīng)力數(shù)值變化也越大。具體來說，熱流體走材料線膨脹厲較大的hi時的應(yīng)力大于走線膨脹系數(shù)較小一側(cè)時的應(yīng)力；或者說，冷流體走材料線膨脹系數(shù)較大的一側(cè)時的應(yīng)力小于走材料線膨脹系數(shù)較小的一側(cè)時的應(yīng)力。
  因此，流程優(yōu)化就是通過對流過冷卻器的冷熱兩種流體與換熱管的管/殼程材料的優(yōu)化匹配，來達(dá)到提高冷卻器強(qiáng)度或降低設(shè)備成本的目的。
  在這里給出下面幾點(diǎn)建議，即流程優(yōu)化匹配的幾點(diǎn)原則：mriC.用化工部設(shè)備技術(shù)中心站編SW6軟件計(jì)算結(jié)果為：管板徑。向最X彎曲應(yīng)力=相應(yīng)設(shè)計(jì)的管板厚度為Mmm.現(xiàn)將流程改為：管程（水蒸氣），殼枰（酒精）相應(yīng)管/殼程設(shè)計(jì)溫度為觀TC，其它條仆不變，用“SW6”計(jì)算結(jié)果為：不論規(guī)范還是設(shè)計(jì)圖紙，都要求E309Nb中Nb含量810由于這個范圍很窄，因而增加了焊條制造的工藝難度，另外Nb是一種責(zé)重金屬，因此，E309Nb的制造成本高于E309L.不銹鋼焊條E309L和E309Nb都具有良好的抗晶間腐蝕和抗熱裂紋性能。E309L的高溫強(qiáng)度同樣能滿足設(shè)計(jì)圖紙要求。經(jīng)與設(shè)計(jì)單位溝通，設(shè)計(jì)單位同意了我廠的方案。最終這28臺復(fù)合板設(shè)備采用E309L焊條制造，不但節(jié)約了資金，更重要的是爭取了時間，保證了設(shè)備按合同工期完工。

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