浮头换热器换热管轴向压应力不合格的调整

在浮头换热器的设计过程中，当壳程压力较高时，可能出现管板最小厚度下的换热管轴向压应力校核不合格。

一般来讲，对于固定管板换热器来说，出现3点的时候，需要考虑设置膨胀节。

1. 换热管轴向力不合格

2. 筒体轴向力不合格

3. 换热管管子拉脱力不合格

固定管板管子管板和筒体是约束在一起的，有轴向力比较好理解。浮头换热器和U型管差不多，主要是通过换热管的自由伸缩变形达到消除热应力。对于浮头管板，换热管的轴向力从哪里来的呢？

浮头换热器的压应力是因为壳程内压作用下，左边管板往左弯曲。右边管板因为左右都受Ps的压力，但是右侧受压面积大，左侧受压面积需要减去换热管面积。所以右边管板还是向左弯曲。最终会不会受压，与到底谁向左弯的厉害决定。

遇到轴向压应力计算不合格应该如何解决呢？

一般轴向压力应不通过，需要从两方面来考虑。

1. 提高许用的轴向压应力

2. 提高管板的刚度，降低管板变形。

提高许用轴向压应力

我们知道换热管的轴向压应力计算原理是欧拉轴向失稳。两端铰支细长压杆的临界荷载为：

式中：μ反映了杆端支承对临界力的影响，称为长度系数，μL称为当量长度。

一端自由，一端固定 m＝2.0； 两端固定 m＝0.5

一端铰支，一端固定 m＝0.7； 两端铰支 m＝1.0

对于折流板来说，属于两端铰支，对比GB/T151的公式，μ=1

Cr为临界细长比，相当于欧拉失稳图的λp，当实际细长比大于Cr时（即为下图的λp的右侧），为细长杆，属于大柔度杆，临界应力与弹性模量正相关，但是由于各种钢材的弹性模量正相差不大，所以对大柔度杆来说，选用优质钢材对提高临界应力是没有意义的。

当实际细长比小于Cr时（即为上图的λp的左侧），属于短粗杆，中小柔度杆。对于中小柔度杆，其临界应力与材料强度有关，强度越高的材料，临界应力也越高。所以，对中小柔度杆而言，选用优质钢材将有助于提高压杆的稳定性。

所以我们可以在计算书中观察一下，是细长杆，还是短粗杆。

虽然在自然界，我们都羡慕又粗又长

BUT对于换热管来说，提高许用压应力的方法就是将是细长杆改为短粗杆：

1. 调整一下换热管受压失稳当量长度lcr。此时需要缩短折流板间距，或者在折流板之间加上支撑板。（相当于变短）

2. 换热管厚度增加一下（相当于加粗）

3. 如果是短粗杆，那么可以考虑提高一下刚才钢材的强度，比如10#换20#或者16Mn。

提高管板刚度，降低管板变形

管板变形少，换热管受压就小。提高管板的刚度有几个方法：

1. 增加管板厚度

当换热管压应力不合格，SW6会给出一个调整方案，增加管板厚度到指定厚度，即可使得换热管通过。

2. 增加换热管数

换热管数增加，给予更多管板支撑，管板更不易变形。

比如一台设备在不同换热管下的实际轴向压应力，许用的轴向压应力是58.92MPa：

当换热管增加到3350时，轴向压应力合格了。

3. 改变换热管排列方式

让支撑更均匀点吧。

比如三角形的排列不合格，正方形的也许就合格了。

4. 增加管间距

管间距增加，让换热管更均匀的对管板进行支撑。

当换热管轴向压应力通不过时，可以采用上述的多种方法进行调整。具体采用什么方法，需要根据实际需要进行组合，并和其它专业协商解决。

要知道GB151-1999中轴向失稳的安全系数是2，更难调整过去，现在安全系数改为1.5后，调整起来更容易点了，所以：

知足吧！

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