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摘 要：基于固定管板换热器，并进一步阐述了薄管板这一新型的理念，并通过薄管板技术在实际运用中所发挥的意义，进而对薄管板换热器结构型式以及强度设计展开了简要、针对性的分析。旨在促进薄管板强度的最大化展现，从而促进薄管板换热器的不断推广以及广泛应用，以在最大范围内提升其所创造出的经济效益。
关键词：薄管板换热器 结构型式 强度设计
近年来，随着换热器在石化领域应用的逐渐广泛化，薄管板换热器也受到了人们越来越多的关注和重视。为了在整体上有效提高薄管板换热器的使用效果，相应的研究、实践工作也随之增加。
一、薄管板技术运用的现实意义
（一）便利性
运用薄管板技术的优势主要体现在取材这一方面，由于管板较薄，大多数情况下可以采用钢板，从而减少了锻造、热处理以及厚板拼接等问题。
（二）经济性
薄管板换热器在设计中可以省去繁复的管板厚度计算，以及解决厚管板材料的供应困难，特别是不锈钢和贵金属材料。薄管板和厚管板在同样工况下，节约的材料达75%，而在压力较高的情况下，则可高达90%，另外由于薄管板结构加工方便，制造成本也大大降低，由于薄管板具有这些优点，它是一种很有发展前途的换热器形式
（三）完善性
由于薄管板上部及下部的温度差应力较小，因而其适宜被运用到管程以及壳程之间出现较大温差的情况下，且因为薄管板的整体处于较薄状态，在很大程度上也能加强热膨胀的补偿能力，从而避免膨胀节以及浮头式等结构的应用。此外，因为薄管板的整体性厚度均得以减少，这样一来便在很大范围内提高了定长换热管的传热能力，从而有效完善了其換热功能。
二、薄管板换热器结构型式
相较于普通化的管板，薄管板在相同的工艺条件下整体结构会得以大大减薄，究其原因主要是薄管板换热器自身的特殊性。就薄管板而言，其厚度受法兰力矩的整体影响极小，这便决定着其能在介质压力小以及温差工况低等的前提下，获得较薄管板；而就普通化管板而言，其在很大程度上受法兰厚度的直接影响，这便意味着在法兰力矩的直接影响下，其会出现厚度偏大的情况。
（一）管板结构分类
现阶段，薄管板结构主要可以分为如下4种形式，即贴面薄管板结构、镶平薄管板结构、焊入薄管板结构以及挠性薄管板结构。就贴面式而言，其属于西德结构一类，管板与法兰表面直接接触；就镶平式而言，其属于苏联结构一类，管板直接嵌入到法兰内部，并与表面车平；就焊入式而言，其属于中国结构一类，管板处于法兰下部，并与筒体保持焊接；就挠性式而言，其主要用于水管锅炉中，且其在加工过程中具有十分复杂的特点，但是因为挠性结构能很好的对热膨胀进行补偿，因此也不会过多地受到法兰力矩的影响。
（二）管板结构优缺点分析
以下是就贴面式、镶平式以及焊入式这三种管板结构所具有的优缺点进行的几点简要探讨。
第一，从受力强度这一角度出发，我国的焊入式管板结构效果最佳，且其灵活性极强，这主要是因为在焊入式结构中，管板与法兰相分离，进而在很大程度上降低了法兰力矩以及变形对管板所产生的影响，从而在根本上减小了管板因法兰引起的应力。与此同时，管板通过与具有极小刚度筒体之间的连接，在一定情况下有效降低了管板边缘产生的应力。
第二，从防腐蚀角度出发，贴面管板结构的效果最佳，这主要是因为在这一结构中法兰与管内介质不需要直接接触，因此没有采取防腐措施的必要性，即可通过普通碳钢对其进行制造。若是管板内部存在腐蚀介质时，焊入式管板结构则更为有利，这主要是因为法兰在其中可以不用与管内的腐蚀介质相接触，因而可以使用普通碳钢。而镶平式的防腐蚀性最差，这主要是因为其法兰会与管内的腐蚀性介质进行直接接触，因而在使用过程中需要利用抗腐蚀的材料。基于此可知，在抗腐蚀方面，焊入式与镶平式管材结构都各具优点，因此在选择时可根据实际情况，即腐蚀介质是否存在于管内中，进而选择相应的适宜方案。
第三，从制造角度出发，通过对贴面式与焊入式的认识和了解，进一步对两类结构进行了分析。一方面，贴面式结构在焊接过程中，管板出现变形的最大值为3mm；另一方面，在我国制造直径1400mm，长6000mm的焊入式的换热器过程中，管板与筒体短接在焊接之后，出现的变形约为30mm，之后通过不断的改进和完善，相应的制造工艺及焊接手段均有所创新，在此基础上不断有效消除了管板可能出现的变形，还在很大程度上确保了管板的平整性。
从制造情况而言，在焊接过程中，薄管板出现变形的可能性要比厚管板要更大，变形后，校平较困难，给穿管带来困难，增加制造时间和成本，但是随着制造工艺以及焊接方法的不断完善，在使用过程中可以通过两块管板的有机结合，以实现管孔的共同加工，此外还可以通过与折流板一起钻孔，管板的变形大为改善，基本上达到了平整的要求，这样一来不仅能节省施工工时，还能利于穿管。
三、薄管板换热器强度设计
现阶段，根据理论，固定管板强度设计的方式主要可以分为2类，即一整体强度理论，也就是所谓的弹性基本板理论，这一类中的典型代表有美国的TEMA以及我国的规范等；二局部强度方法，这便是光板理论，以西德AD为主要代表。根据理论及实践结果表明，整体强度方法在很大程度上真实、具体地反映了薄管板换热器所能承受的压力状况，尤其是中国规范，相较于美国TEMA以及BS等方法，其考虑更为全面，因此相应的结果也更为准确，属于一种先进性、合理性的强度设计方法。
AD计算方法的基础是光板理论，但就从根本上而言，其理论存在一定的不足和缺陷，但是从另一层面上来说，其考虑的局部强度是一种实际存在的问题，只是并没有受到足够的重视。从实质上而言，以TEMA、BS以及我国规范为代表的管板设计方式，其考虑的整体性强度与以AD所考虑的局部强度相比，最大的差异性便是计算方法。但是，在传统模式下的厚管板设计过程中，局部强度所处的地位次于整体强度，而若是根据管板整体强度进行设计，相应的局部强度便忽略。但是随着薄管板技术逐渐进步和发展，管板厚度在设计过程中也随之减薄，尤其是受到塑性极限方法的直接影响，整体强度与局部强度的相对地位也出现了一定的变化，这便意味着在设计薄管板过程中，加强对整体及局部强度的综合性考虑极为必要。通过对换热器的综合性认识，进而采取极限分析的基础上，加强对管板整体强度的考虑，这样不仅能有效提升其应力，还能获得更薄的设计效果。
四、结束语
综上所述，通过对薄管板换热器结构型式以及强度设计的综合性分析，加强对薄管板技术的运用具有十分重要的现实意义，其不仅能在最大程度上提高装置整体运行的效果及质量，还能在此基础上有效减少相应的投入成本，从而通过经济性、可靠性的结构设计，促进薄管板换热器整体经济效益的有效提高。因此在实际生活中，应加强对薄管板换热器的研究，以在不断改进及完善中，促进其利用过程中经济性、便利性的最大化提高。
参考文献
[1]叶增荣.柔性薄管板换热器的结构分析与优化[J].压力容器，2011（05）
[2]龚明明，虞斌，郝彪.复杂工况下薄管板换热器的安全评定[J].轻工机械，2013（06）
关键词：薄管板换热器 结构型式 强度设计
近年来，随着换热器在石化领域应用的逐渐广泛化，薄管板换热器也受到了人们越来越多的关注和重视。为了在整体上有效提高薄管板换热器的使用效果，相应的研究、实践工作也随之增加。
一、薄管板技术运用的现实意义
（一）便利性
运用薄管板技术的优势主要体现在取材这一方面，由于管板较薄，大多数情况下可以采用钢板，从而减少了锻造、热处理以及厚板拼接等问题。
（二）经济性
薄管板换热器在设计中可以省去繁复的管板厚度计算，以及解决厚管板材料的供应困难，特别是不锈钢和贵金属材料。薄管板和厚管板在同样工况下，节约的材料达75%，而在压力较高的情况下，则可高达90%，另外由于薄管板结构加工方便，制造成本也大大降低，由于薄管板具有这些优点，它是一种很有发展前途的换热器形式
（三）完善性
由于薄管板上部及下部的温度差应力较小，因而其适宜被运用到管程以及壳程之间出现较大温差的情况下，且因为薄管板的整体处于较薄状态，在很大程度上也能加强热膨胀的补偿能力，从而避免膨胀节以及浮头式等结构的应用。此外，因为薄管板的整体性厚度均得以减少，这样一来便在很大范围内提高了定长换热管的传热能力，从而有效完善了其換热功能。
二、薄管板换热器结构型式
相较于普通化的管板，薄管板在相同的工艺条件下整体结构会得以大大减薄，究其原因主要是薄管板换热器自身的特殊性。就薄管板而言，其厚度受法兰力矩的整体影响极小，这便决定着其能在介质压力小以及温差工况低等的前提下，获得较薄管板；而就普通化管板而言，其在很大程度上受法兰厚度的直接影响，这便意味着在法兰力矩的直接影响下，其会出现厚度偏大的情况。
（一）管板结构分类
现阶段，薄管板结构主要可以分为如下4种形式，即贴面薄管板结构、镶平薄管板结构、焊入薄管板结构以及挠性薄管板结构。就贴面式而言，其属于西德结构一类，管板与法兰表面直接接触；就镶平式而言，其属于苏联结构一类，管板直接嵌入到法兰内部，并与表面车平；就焊入式而言，其属于中国结构一类，管板处于法兰下部，并与筒体保持焊接；就挠性式而言，其主要用于水管锅炉中，且其在加工过程中具有十分复杂的特点，但是因为挠性结构能很好的对热膨胀进行补偿，因此也不会过多地受到法兰力矩的影响。
（二）管板结构优缺点分析
以下是就贴面式、镶平式以及焊入式这三种管板结构所具有的优缺点进行的几点简要探讨。
第一，从受力强度这一角度出发，我国的焊入式管板结构效果最佳，且其灵活性极强，这主要是因为在焊入式结构中，管板与法兰相分离，进而在很大程度上降低了法兰力矩以及变形对管板所产生的影响，从而在根本上减小了管板因法兰引起的应力。与此同时，管板通过与具有极小刚度筒体之间的连接，在一定情况下有效降低了管板边缘产生的应力。
第二，从防腐蚀角度出发，贴面管板结构的效果最佳，这主要是因为在这一结构中法兰与管内介质不需要直接接触，因此没有采取防腐措施的必要性，即可通过普通碳钢对其进行制造。若是管板内部存在腐蚀介质时，焊入式管板结构则更为有利，这主要是因为法兰在其中可以不用与管内的腐蚀介质相接触，因而可以使用普通碳钢。而镶平式的防腐蚀性最差，这主要是因为其法兰会与管内的腐蚀性介质进行直接接触，因而在使用过程中需要利用抗腐蚀的材料。基于此可知，在抗腐蚀方面，焊入式与镶平式管材结构都各具优点，因此在选择时可根据实际情况，即腐蚀介质是否存在于管内中，进而选择相应的适宜方案。
第三，从制造角度出发，通过对贴面式与焊入式的认识和了解，进一步对两类结构进行了分析。一方面，贴面式结构在焊接过程中，管板出现变形的最大值为3mm；另一方面，在我国制造直径1400mm，长6000mm的焊入式的换热器过程中，管板与筒体短接在焊接之后，出现的变形约为30mm，之后通过不断的改进和完善，相应的制造工艺及焊接手段均有所创新，在此基础上不断有效消除了管板可能出现的变形，还在很大程度上确保了管板的平整性。
从制造情况而言，在焊接过程中，薄管板出现变形的可能性要比厚管板要更大，变形后，校平较困难，给穿管带来困难，增加制造时间和成本，但是随着制造工艺以及焊接方法的不断完善，在使用过程中可以通过两块管板的有机结合，以实现管孔的共同加工，此外还可以通过与折流板一起钻孔，管板的变形大为改善，基本上达到了平整的要求，这样一来不仅能节省施工工时，还能利于穿管。
三、薄管板换热器强度设计
现阶段，根据理论，固定管板强度设计的方式主要可以分为2类，即一整体强度理论，也就是所谓的弹性基本板理论，这一类中的典型代表有美国的TEMA以及我国的规范等；二局部强度方法，这便是光板理论，以西德AD为主要代表。根据理论及实践结果表明，整体强度方法在很大程度上真实、具体地反映了薄管板换热器所能承受的压力状况，尤其是中国规范，相较于美国TEMA以及BS等方法，其考虑更为全面，因此相应的结果也更为准确，属于一种先进性、合理性的强度设计方法。
AD计算方法的基础是光板理论，但就从根本上而言，其理论存在一定的不足和缺陷，但是从另一层面上来说，其考虑的局部强度是一种实际存在的问题，只是并没有受到足够的重视。从实质上而言，以TEMA、BS以及我国规范为代表的管板设计方式，其考虑的整体性强度与以AD所考虑的局部强度相比，最大的差异性便是计算方法。但是，在传统模式下的厚管板设计过程中，局部强度所处的地位次于整体强度，而若是根据管板整体强度进行设计，相应的局部强度便忽略。但是随着薄管板技术逐渐进步和发展，管板厚度在设计过程中也随之减薄，尤其是受到塑性极限方法的直接影响，整体强度与局部强度的相对地位也出现了一定的变化，这便意味着在设计薄管板过程中，加强对整体及局部强度的综合性考虑极为必要。通过对换热器的综合性认识，进而采取极限分析的基础上，加强对管板整体强度的考虑，这样不仅能有效提升其应力，还能获得更薄的设计效果。
四、结束语
综上所述，通过对薄管板换热器结构型式以及强度设计的综合性分析，加强对薄管板技术的运用具有十分重要的现实意义，其不仅能在最大程度上提高装置整体运行的效果及质量，还能在此基础上有效减少相应的投入成本，从而通过经济性、可靠性的结构设计，促进薄管板换热器整体经济效益的有效提高。因此在实际生活中，应加强对薄管板换热器的研究，以在不断改进及完善中，促进其利用过程中经济性、便利性的最大化提高。
参考文献
[1]叶增荣.柔性薄管板换热器的结构分析与优化[J].压力容器，2011（05）
[2]龚明明，虞斌，郝彪.复杂工况下薄管板换热器的安全评定[J].轻工机械，2013（06）