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过程设备设计大作业

一.管壳式换热器:

换热器是指将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。

换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。

管壳式换热器（shellandtubeheatexchanger）又称列管式换热器。

是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。

这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的换热器类型。

这种换热器结构坚固、可靠性高、适用性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、适用的材料范围广、换热的表面清洗比较方便、能承受较高的操作雅鹿和温度。

但在传热效能、紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先进。

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。

壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。

进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。

为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。

挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。

换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。

等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

1.管箱；2.接管法兰；3.设备法兰；4.管板；5.壳程接管；6.拉杆；7.膨胀节；8.壳体；9.换热器；10.排气管；11.吊耳；12.封头；13.顶丝；14.双头螺柱；15.螺母；16.垫片；17.防冲板；18.折流板（支承板）;19.定距管；20.拉杆螺母；21.支座；22.排液管；23.管箱壳体；24.管程接管；25.分程隔板；26.管箱盖

图1-1

根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。

二.管壳式换热器的分类:

2.1.固定管板式换热器:

固定管板式换热器典型结构如图2-1所示。

管束连接在管板上，管板与壳体焊接。

固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。

固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。

这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。

固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。

壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。

当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。

1.封头；2.法兰；3.排气口；4.壳体；5.换热管；6.波形膨胀节；7.折流板（或支持板）；8.防冲板；9.壳程接管；10.管板；11.管程接管；12.隔板；13.封头；14.管箱；15.排液口；16.定距管；17.拉杆；18.支座；19.垫片；20&21—螺栓&螺母

图2-1

2.2.浮头式换热器:

浮头式换热器结构如图2-2所示。

管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓连接，形成可在壳体内自由移动的浮头。

由于壳体和管束间没有相互约束，即使两流体温差再大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。

拆下管箱可将整个管束直接从壳体内抽出。

为减小壳体与管束之间的间隙，以便在相同直径的壳体内排列较多的管子，即把浮头管板夹持在用螺栓连接的浮头盖与钩圈之间。

但这种结构装拆较麻烦。

浮头式换热器适用于温度波动和温差大的场合；管束可从壳体内抽出用机械方法清洗管间或更换管束。

但与固定管板式换热器相比，它的结构复杂、造价高，排管数少，增大了旁路流路，影响了热效率，而且浮头处的泄露不易发现。

1.防冲板；2.折流板；3.浮头管板；4.钩圈；5.支耳

图2-2

2.3.U形管式换热器:

U形管式换热器如图2-3所示。

其换热器的结构特点是只有一块管板。

一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上,组成管束。

管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。

拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。

管束的U形端不加固定，可自由伸缩,故它适用于两流体温差较大的场合；又因其构造较浮头式换热器简单,只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少,造价较低,也适用于高压流体的换热。

但管子有U形部分，管内清洗较直管困难，因此要求管程流体清洁，不易结垢。

管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。

相同直径的壳体内，U形管的排列数目较直管少,相应的传热面积也较小。

由于受到弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低；管程流体易形成短路，对传热不利。

当管子泄露损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。

1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板

图2-3

2.4.填料函式换热器:

填料函式换热器结构如图2-4所示，这种换热器的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分漏在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构，由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自由伸缩，不会产生壳壁与管壁热变形差而引起的热应力。

其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管壳可以从壳体内抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。

因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有害及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制，填料函式换热器现在已很少采用。

1.纵向隔板；2.浮动管板；3.活套法兰；4.部分剪切环；5.填料压盖；

6.填料；7.填料函

图2-4

2.5.釜式重沸器:

釜式重沸器的结构如图2-5所示，这种换热器的结构可以是浮头式、U形管式和固定管板式结构，所以它具有浮头式、U形管式换热器的特性。

重沸器属于管壳式换热器的一种，广泛应用丁石油、石化、橡胶、化工、冶金等行业的换热设备，在石油化工领域中发挥着尤其重要的作用。

目前常用的重沸器为釜式重沸器。

和其它换热器一样，重沸器分为管程和壳程，热介质走管程，冷介质走壳程，为了满足壳程介质蒸发的需要，提供蒸发空间，根据工艺流体的工作情况，重沸器的壳程直径往往比管程直径要大一些，通常为管程直径的2倍。

壳程后侧有一特定高度的堰板，用来保证壳程介质和管程介质有充分的接触时问，强化传热效果.

重沸器的优点是维修和清洗方便，传热面积大，气化率高，操作弹性大，可在真空下操作。

缺点是但其传热系数小，壳体容积大，物料停留时间长，易结垢，外部空间所占容积较大。

这种换热器的管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构，所以它具有浮头式、U形管换热器的特点。

在结构上与其他换热器不同之处在于壳体上部设置一个蒸发空间，蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸气品质所决定。

产气量大、蒸气品质要求高者蒸发空间大，否则可以小些。

1.偏心锥壳；2.堰板；3.液面计接口

图2-5

三.管壳式换热器与管板的主要连接方式:

换热器与管板的连接是管壳式换热器设计、制造最关键的技术之一，是换热器事故率最多的部位。

所以换热器与管板连接质量的好坏，直接影响换热器的使用寿命。

换热器与管板的连接方法主要有强度焊、强度胀接、以及胀焊并用等方法。

3.1.强度焊接：

换热管与管板采用焊接连接时，由于对管板加工要求较低，制造工艺简单，有较好的密封性，并且焊接、外观检查、维修都很方便，是目前管壳式换热器中换热管与管板连接应用最为广泛的一种连接方法。

图3-1为强度焊接的几种结构形式。

图3-1

在采用焊接连接时，有保证焊接接头密封性及抗拉脱强度的强度焊和仅保证换热管和管板连接密封性的密封焊。

对于强度焊其使用性能有所限制，仅适用于振动较小和无间隙腐蚀的场合。

采用焊接连接时，换热管间距离不能太近，否则受热影响，焊缝质量不易得到保证，同时管端应留有一定的距离，以利于减少相互之间的焊接应力。

换热管伸出管板的长度要满足规定的要求，以保证其有效的承载能力。

在焊接方法上，根据换热管和管板的材质可以采用焊条电弧焊等方法进行焊接。

常规的焊接连接方法，由于管子与管板孔之间存在间隙，易产生间隙腐蚀和过热，并且焊接接头处产生的热应力也可能造成应力腐蚀和破坏，这些都会使换热器失效。

目前在国内核工业、电力工业等行业使用的换热器中，换热管与管板的连接已开始使用内孔焊接技术，这种连接方法将换热管与管板的端部焊接改为管束内孔焊接，采用全熔透形式，消除了端部焊的缝隙，提高了抗间隙腐蚀和抗应力腐蚀的能力，其抗振动疲劳强度高，能承受高温、高压，焊接接头的力学性能较好；对接头可进行内部无损探伤，焊缝内部质量可得到控制，提高了焊缝的可靠性。

但内孔焊接技术装配较难，对焊接技术要求高，制造和检验复杂，并且制造成本相对较高。

随着换热器向高温、高压和大型化发展，对其制造质量要求越来越高，内孔焊接技术将会得到更加广泛的应用。

3.2.强度胀接：

强度胀接是指保证换热器与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。

常用的胀接有非均匀胀接（机械滚珠胀接）和均匀胀接（液压胀接、液袋胀接、橡胶胀接和爆炸胀接）两大类。

强度胀接的结构和尺寸如图3-2所示，图中l为换热器伸出管板的长度，K为槽深，它们随换热器外径的大小而改变；L为最小胀接长度，其值与管板名义厚度有关。

图3-2

换热器与管板的胀接是目前通用的方法之一。

胀接是利用换热器与管板在外力作用下产生的弹塑性变形之差异，将二者紧密结合在一起，从而达到密封紧固目的的连接工艺。

换热器与管子的胀接，消除了板、管之间的间隙，可有效地防止壳程介质可能造成的间隙腐蚀问题。

但是胀接联接的抗拉脱力偏低，特别是当使用温度高于300摄氏度时，材料的蠕变会使挤压残余应力逐渐消失，联接的可靠性难以保证。

当使用工况下的拉脱力较大时，可采用开槽、翻边结构形式，这样密封性能大大增强。

开槽的具体尺寸可查阅有关资料。

胀接工艺要求换热管端部的硬度值应比管板的硬度值低HB20-30，管板厚度要保证最小的胀接厚度,孔的加工质量要比焊接管孔高，换热管不能太细等，这在一定程度上限制了胀接的使用范围。

当有应力腐蚀倾向时，用管端退火降低硬度是不可取的。

胀接所采用的方法有：

机械滚胀法、爆炸胀接法、橡胶胀接法和液压胀接法。

机械滚胀法是目前应用最广的胀接技术。

该方法由于滚子的反复滚压作用，使得管子被胀部分内壁粗糙，残余应力高，容易造成管子被胀部分的材料冷作硬化，致使耐腐蚀性能降低，并且该法劳动强度大、胀管率的精确控制有一定的难度。

爆炸胀接是利用炸药瞬间产生的高能量使管端发生高速变形而与管板结合的工艺。

爆炸胀管对管壁的作用力是法向的，只有微弱的晶粒畸变，因而对材料的性能影响不大，并且施胀过程中可同时胀接数百根管子，生产效率高。

接头质量也容易得到保证。

橡胶胀管法是将软质橡胶作为传力介质，从而实现胀管的一种方法。

与机械滚胀法相比，这种施胀工艺具有残余应力小，胀接时管子不受扭矩作用，有利于管束的抗震性等优点。

胀管时，支承圈紧靠在管板面上，与其相近的密封圈保持静止状态。

施胀中，与油缸活塞连在一起的加压杆向左移动，带动尾端的密封圈也向左移动。

软质橡胶由于轴向受压而径向鼓胀，迫使管子与管板产生弹塑性变形，完成胀管作业。

但这种方法存在着两端密封圈使用寿命相差大，胀管压力沿轴向分布不均及胀接长度只能是管板厚度的一部分等缺陷。

目前一些厂家正在对该种胀接装置进行改进。

液压胀接是一种对换热管内表面施加均匀的静态内压的胀接技术。

施胀方法目前可分为两种，一种是“O”形环法，即在芯棒两端各设置一个“O”形环以密封高压液体胀管介质，胀接压力直接通过芯轴的中心孔施加到换热管的内表面，使换热管发生塑性变形而与管板连接在一起。

这种方法美中不足的是对管子的尺寸公差要求较高。

另一种是“液袋法”，超高压胀管介质通过芯棒的中心孔进入芯棒与管子内表面之间的液袋内，通过液袋对换热管内表面施加均匀的压力。

胀管介质的密封由液袋完成，对管孔没有污染。

并且管子的胀接力可精确控制，对管子公差要求不高，操作轻便，生产效率高，是一种很有发展前途的胀接技术。

3.3.胀焊并用：

焊胀并用意在使焊接和胀接的优势互补。

一般用于操作条件比较苛刻的场合，根据使用条件又分为强度焊加贴胀和强度胀加密封焊两种情况。

强度焊与密封焊的区别在于强度焊的焊角高度较大，一般根据管子规格具体确定，而密封焊的焊角高度较小，一般为1~2mm即可。

贴胀与强度胀的主要区别在于对管子胀管率的控制不同，强度胀要求胀管率p=12%~18%而贴胀的胀管率为3%~7%之间即可。

强度胀一般要求管孔开槽，而贴胀则不需要开槽。

胀焊并用从加工过程来看，有先胀后焊和先焊后胀两种情况。

最新的研究资料标明：

先胀后焊工艺对管子和管板的清洁度要求高，且后焊时对已胀部分有不利影响，即造成胀接部位松弛。

因而，先焊后胀工艺优于先胀后焊工艺。

但当管子和管板接头的焊接性能较差时，采用先胀后焊工艺是可取的。

无论采用哪种加工过程，在距管端一定的长度内不胀是必要的，这样可以避免焊、胀操作的互相影响，保证接头的质量。

四.换热器主要强度计算：

换热器的受力情况与容器有所不同，如固定管板式换热器，壳体和管壁除受壳程和管程的流体压力产生的轴向应力和周向应力外，还受到管、壳壁温差造成的轴向温差应力。

因此，尽管换热器的壳体、管子、封头、法兰、开孔等按一般受压容器计算的强度得到满足，但在操作时仍然可能。

确定了换热器的结构及尺寸以后，必须对换热器的所有受压元件进行强度计算。

因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对于钢制的换热器，我国一般按照GB150<<钢制压力容器>>标准进行设计，或者美国ASME标准进行设计。

对于其它一些受压元件，例如管板、折流板等，可以按照我国的GB151<<管壳式换热器>>或者美国TEMA标准进行设计。

对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标准进行设计。

4.1.管板的设计意义：

管壳式换热器在工业装置的换热设备中占有相当太的比重，管板是管壳式换热器的主要零件之一，管板的合理设计对于正确选用和节约材料、减少加工制造困难、降低成本，、确保使用安全都具有重要意义。

各国的管板设计公式尽管形式各异，但其大体上是分别在以下三种基本假设的前提下得出的。

1）.将管板看成为周边简支条件下承受均布载荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式，考虑到管孔的削弱，在引入经验的修正系数。

2）.将管子当做管板的固定支承而管板是受管子支撑着的平板。

管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。

实践证明，这种公式适用于各种薄管板的计算。

3）.将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆平板，即把实际的管板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。

这种简化假定既考虑到管子的加强作用，有考虑了管孔的削弱作用，分析比较全面，现在已为大多数国家的官板规范所采用。

4.2.管板设计思路：

图4-1

4.2.1.管板弹性分析：

图4-1所示为管板的结构。

按照基本考虑，将换热器分解为封头、壳体、法兰、管板、螺栓、垫片等元件组成的弹性系统，各元件之间的相互作用用内力表示，把管板简化为弹性基础上的等效均质圆平板，综合考虑壳体压力

，管程压力

，因管程和壳体的温度不同所引起的热膨胀差以及预紧条件下的法兰力矩等载荷的作用，对于固定管板换热器，其力学模型及各元件之间相互作用的内力位移分析图见图4-2。

图4-2

设法建立每个单元的位移或转角与作用在该元件上的内力的关系式，列出各元件间应满足的变形协调方程，得到以内力为基本未知量表达的变形协调方程组，求出内力后在计算危险截面上的应力，并进行强度校核。

4.2.2.可能出现的危险工况：

如果不能保证换热器壳程压力

与管程压力

，在任何情况下都能同时作用，则不允许以壳程压力和管程压力之差进行管板设计。

如果

和

之一为负压时，则应考虑压力差的危险组合。

如果有不带法兰管板，由于压力引起的应力温度与压力和热膨胀差共同引起的应力强度限制值不同，管板分析时应考虑以下危险工况。

1.只有壳程设计压力

，而管程设计压力

，不计热膨胀变形差。

2.只有壳程设计压力

，而管程设计压力

，同时考虑热膨胀变形差。

3.只有管程设计压力

，而壳程设计压力

，不计热膨胀变形差。

4.只有管程设计压力

，而壳程设计压力

，同时考虑热膨胀变形差。

4.2.3.管程应力校核：

在不同的危险工况组合下，计算出相应的管板布管区应力、环板的应力、壳体法兰应力、换热器轴向应力、换热管与管板连接拉脱力q，再进行危险工况下的应力校核。

压力引起的管板应力属于一次弯曲应力，可用1.5倍的许用应力来限制。

管束与壳体的热膨胀差所引起的管板应力属于二次应力，一次加上二次应力强度不得超过3倍的许用应力。

法兰预紧力矩作用下的管板应力属于为满足安装要求的自限性质的应力，应化为二次应力；法兰操作力矩作用下的管板应力属于为平衡压力引起的法兰力矩的应力，属于一次应力，但许多标准将法兰力矩引起的管板应力都划分为以西盈利。

显然，这种处理方法是偏于安全的。

4.2.4.管板应力的调整：

在固定式管板换热器中，当管板应力超过许用应力时，为满足强度要求，可采用以下两种方法进行调整。

①增加管板厚度：

可以大大提高管板的抗弯截面模量，有效地降低管板应力，因此一般在压力引起的管板应力超过许用应力时，通常采用增加管板厚度的方法。

②降低壳体轴向刚度：

由于管束与壳体是刚性连接，当管束与壳壁的温差较大时，在换热器和壳体上产生很大的轴向热应力，从而使管板产生较大的变形量，出现挠曲现象，使管板应力增高。

为有效的降低热应力，又避免采用较大的管板厚度，可采用降低壳体轴向刚度的方法，如设置膨胀节。

4.3.管板的强度计算：

管束对管板支承作用的大小随换热器结构形式而异。

固定管板式换热器管束对管板的支承作用最为显著，而U形管式换热器的管子对管板不存在支承作用，浮头式和填函式换热器的管束和壳体可以自由变形，仅由于两管板的变形通过管束相互制约而存在支承作用。

管板的计算可按受均布载荷的平板考虑，并针对实际存在的管束对管板的不同支承作用，对不同类型的换热器，用不同的结构系数K予以修正。

此处以圆平板为例。

图4-3为两种情况下应力分布圆管板。

1.正方形分布管板；2.三角形分布管板

图4-3

圆平板在各种不同支承条件下，按板的弯曲强度为依据的管厚tc设计公式的一般形式为：

——————————————————

（1）

将管板简化为圆平板按弯曲强度为依据的管板厚度tc的设计公式与上式非常相似，即:

——————————————————

（2）

比较上述两式可以发现：

式

（2）中的K/2相当于式

（1）中

，所以式

（2）中的K基本上仍是取决于支承情况的系数。

两式中其他各项形式上相同，整体管板

＝1，但由于管板设计中需考虑开孔及温差影响，因此含义略有差异。

式

（2）中：

C——附加厚度，mm；

Dc——管板计算直径（当用螺栓与法兰连接时，取垫片平均直径；对焊接于壳体上的管板，取壳体内径，如下图1所示），mm；

K——结构系数，与换热器型式、管板的结构有关，对管子为直管，固定管板与浮动管板K=1.0，对U形管，找相关资料查取；

P——设计压力（取管程压力pt与壳程压力ps中的较大者），MPa；

[

]t——管板材料在设计温度下的许用应力，MPa。

对管板还需进行剪切强度校核。

当管板上布管区为圆形时，设最外圈管子中心圆直径为D。

，根据外载和剪应力之间的平衡关系：

故

式中

——管板材料在设计温度下的许用剪应力，取

=0.8

t——不包括附加量的管板厚度，t=tc-C。

考虑管板开孔削弱系数为（1-do/to），则管板按剪切强度的计算公式为：

————————————————————（3）

式中to——管孔中心距，mm；

d。

——管子外径，mm；

D。

——布管区最外圈管子中心圆直径，mm

当布管区不是圆形时，则D。

为布管区外缘管子中心连线所限定的周边当量直径，即

其中

——最外圈管子的中心距分段测量叠加后所形成的布管周长，下图给出了按典型的三角形和正方形规则布管时的周长L。

（图中粗线表示），mm；

A。

——周长L。

所包围的总面积，

。

其他符号的意义、单位及确定方法同式

（2）。

4.4.管板有关膨胀节的设计：

4.4.1.工况判定：

在固定管板换热器中，是否需要设置膨胀节，主要取决于换热器在操作条件下的实际应力状况。

是否需要设置膨胀节，要考虑在温差载荷及压力载荷作用下，下述应力是否超过许用值：

1）.在壳体中引起的轴向应力σc；

2）.在换热管中引起的轴向应力σt；

3）.换热管与管板之间连接拉脱力q。

当上述三个应力超过许用值时，首先应考虑能否调整相关元件的尺寸或换热管与管板的连接方式（比如增加管板厚度，改强度胀为强度焊），从而使各元件满足许用应力校核条件。

如果通过以上调整不能通过，或者虽然可行但不经济或不合理，则应考虑设置膨胀节，通过膨胀节吸收管壳程之间的膨胀差，从而改善和降低各元件的受力情况。

特别是当换热管轴向应力σt超标时，此时通过设置膨胀节来降低换热管轴向应力更为切实可行。

GB151—1999《管壳式换热器》表30中给出的换热管轴向应力σt的计算公式为：

式中a为换热管管壁金属的截面积。

其他符号的意义同GB151。

从上述两公式中不难看出，增加换热管的壁厚可降低换热管轴向力，但换热管壁厚是由工艺条件确定的，从工艺角度看增加换热管的壁厚势必影响热交换效果，故设备专业不能再做调整。

此外在进行管板计算过程中，当换热管轴向应力σt＜0时，其校核条件为：

|σt|≤［σ］cr（3）式（3）中，［σ］cr为换热管稳定许用压应力，GB151第5．7．4．2条给出的换热管稳定许用压应力的计算公式如下：

当Cr≤lcr/i时，［σ］cr=Et2·π2（lcr/i）2（4）当Cr＞lcr/i时，［σ］cr=σst2·［1－lcr/i2Cr］（5）其中，lcr为换热管受压失稳当量长度，是由折流板间距按GB151图32确定的，并与折流板间距成正比。

式（4）、（5）反映出换热管稳定许用压应力［σ］cr是随换热管受压失稳当量长度的减小而增加的，因此通过减小折流板间距可以提高换热管稳定许用压应力，进而使换热管轴向应力σt满足式（3）的校核条件。

但折流板间距是由工艺专业计算决定的，如果要调整可能还会影响到相关的工艺参数，在这种情况下，往往需要通过设置膨胀节来降低换热管轴向力，使之满足强度要求。

换热管和换热器壳体之间的热膨胀差是导致各项应力超标的重要因素之一，但绝不能简单地以换热管和换热器壳体之间的温差来判定是否需设置膨胀节。

一方面，热膨胀差是由材料的温度和材料的线膨胀系数共同决定的；另一方面，热膨胀差对于管板及换热管中各项应力的影响十分复杂。

因此，是否需要设置膨胀节必须通过全面地计算来决定。

4.4.2.设计时的注意事项：

GB16749标准膨胀节的结构形式及尺寸是根据美国EJMA标准相关的公式及我国自1970年代以来引进的压力容器和换热器中膨胀节的结构尺寸，参照国内外有关国家标准、行业标准