换热器国内外研究现状和发展趋势(2)
4.1 影响换热管腐蚀的主要因素
（1）环境因素。它是指环境介质的组分、浓度、温度、压力、酸碱度、导电性等物理、化学及电化学性能，这些参数与腐蚀过程息息相关。
（2）材质因素。腐蚀过程是环境介质在金属材料表面或界面上发生的化学或电化学反应过程，因此金属材料是腐蚀过程一个重要组成部分。
（3）设计因素。在设备的结构设计上应尽量避免应力集中，遗留残余液体等不合理现象，在设备选材上应考虑材料与环境的相互作用。
（4）操作因素。运行过程中由于物料变化或者操作不当而引起的超温、超负荷运行都有可能引起局部腐蚀破坏；同时由于设备保养不良、文修不及时等原因，也会导致设备产生腐蚀破坏而报废[6]。
4.2 管壳式换热器的腐蚀防护措施
（1）合理选材。首先考虑材料抗介质腐蚀的能力，正确选用板片材料。适用的板材有不锈钢、钛材、耐腐蚀耐热镍基合金、耐热镍烙铁合金等。
（2）表面钝化处理。不锈钢板片进行表面钝化处理，使氧化膜表面生成一层坚固密实而又非常薄的膜，因而获得了良好的耐蚀性能[7]。
（3）设计和制造中的防腐。在设计时，选择正确合理的焊接接头和设备结构，设计换热管的防冲板和折流板时，应采用对换热管冲刷小的结构；改进焊接工艺、提高焊接水平，以此提高焊接质量，减少焊接残余应力，可以有效地减小缝隙腐蚀和应力腐蚀的概率。
5 U型管式换热器的研究
U型管式换热器结构比较简单、价格便宜，热补偿性能好，承受能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗、又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合，特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。
在U型管式换热器中，管束是最关键，同时也是容易损坏的部件之一。在直管式换热器中，壳体与管子之间不同的热膨胀量是结构上发生问题的一大主要根源。在U型管式换热器中，由于壳体与管子之问不同的热膨胀量而引起的热应力问题已消除，但是在U型管结构中却产生了由于管束二直管段不同热膨胀量导致的热应力问题。在大多数的实际应用情况中，U型管的设计要具备足够的挠性，才能在温度变化不很大的情况下使二直管段问温差不致产生高应力。对于某些U型管式换热器，U型管束会有较大的温度梯度，这样就会在U型管的弯管处引起较大的热应力，从而导致管束失效[8]。虽然管板制造成本低，抵消了部分弯曲的管子和壳程略大引起的额外费用，但是一个U形管换热器的成本还是比固定管板式换热器高，管子的内侧不能有效地进行清洗，因为U形管需要灵活高端的钻轴来清洗，因此，U形管换热器不应适用于管内液体比较脏的场合[9]。
6 管束振动分析
管壳式换热器中管子的流体诱导振动出现问题的最主要原因是由于壳程上流体高流速造成的无支撑管子长度受约束。高流速造成管壳式换热器体积增大，导致管子振动，这进一步造成管子破坏。通过调整壳体类型、挡板类型和挡板设计，可使管壳式换热器的设计更为安全。因此，在管壳式换热器的设计中，振动分析尤为重要[10]。
通过对管壳式换热器的振动分析可发现，管长度对多种因素具有主要影响：外壳声频率，管子的固有频率，管束对流，临界速度以及旋涡脱离率。
结合本次设计，可考虑采用如下防范措施：
（1）改进管板传统的全范围布管方式。
（2）在折流板弓形缺口区不布管。
（3）优化调整折流板布置及结构。
（4）FEM优化设计，降低换热管轴向压应力，提高管子的固有频率。
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