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摘 要：在多程管壳式换热器中，分程隔板是至关重要的零部件，对各程之间介质渗漏的有效防止起到了必不可少的重要作用。但是分程隔板在工程设计中经常被忽视，现阶段我国时常发生管壳式换热器分程隔板失效的问题。本文主要对分程隔板的受力情况及失效原因进行了分析，对国内外管箱分程隔板设计规则的相同点与不同点进行了对比，并在此基础上进行管壳式换热器分程隔板有效科学结构设计方案及设计计算方法的提出，促进隔板设计逐渐朝着更加合理化的方向发展，从而为工程设计的顺利科学进行提供意见。
关键词：分程隔板;换热器;合理设计
换热器主要是指实现物料之间热量传递的一种设备，已经成为普遍应用于机械、炼油、化工、建筑工业、食品、动力等产业中的典型设备，其在化工及炼油装置中的建设投资比例已经高达40%-50%，所以换热器质量对整个换热系统及装置经济效益与安全性能等均产生了直接影响，无论是从工厂投资还是能源利用上来看，进行换热器的合理设计与选择都具有非常重要的意义。管壳式换热器在多种换热器中因为其具有单位体积内具有传热效果好、提供较大换热面积、操作弹性大、适应性强、便与检修与清洗、成本低、易制造等优点，已经成为应用最大、最为广泛的换热器形式，在系统装置中换热器中约占90%。
1分程隔板失效的原因分析
强度不足是造成分程隔板失效的主要原因，尤其是筒体与隔板之间的焊接强度不足，筒体与分程隔焊接处焊缝撕裂为主要表现。
2国内外分程隔板设计要求分析
2.1 GB151-1999對分程隔板的设计要求
首先，强度要求。表1为GB151-1999中分程隔板的尺寸系数B。
GB151-1999对分程隔板强速设计要求存在几点问题。第一，在经典矩形平板均布荷载作用下所需最小厚度的计算公式，也就是在对分程隔板两侧压力造成的弯曲应力进行考虑，但是却没有对分程隔板受到管箱筒体的拉升作用进行考虑，也未能对筒体热膨胀差及隔板的影响进行考虑。第二，GB151-1999未能提到如何确定多程管式换热器其隔板两侧的压力差。
再次，刚度要求。GB151-1999中对分程隔板最小厚度要求进行规定。但其是出于对控制隔板挠度的考虑，是为了防止在外在作用下隔板出现变形过大的情况。但是其中存在的一个问题是，在实际操作过程中未能给出隔板的最大挠度，无法确保隔板变形程度在要求规定范围内。
最后，其他影响因素。GB151-1999中有相关说明，当隔板两侧压与承受脉动压差较大时，应当适当的改变隔板结构或者适当增加隔板厚度。但是却未提及隔板怎样适当增加厚度、何种情况是两侧压差较大、隔板结构改变的基本原则是什么，这些问题很大程度上都给设计工作带来了困扰。
2.2 TEMA标准对分程隔板的设计要求
对分程隔板的设计要求而言，与GB151-1999相比EMA标准与其相一致，并且在尺寸系数查取表格及厚度计算公式也几乎完全相同。但是二者之间仍然存在一定区别：首先，TEMA标准对筒体与隔板之间角焊缝提出了一定要求，RCB-9.133指出隔板在使用双面角焊缝是焊脚高度必须要比隔板最小所需厚度的四分之三倍要高;其次，TEMA标准还要求需要对隔板由于变形而脱离分程垫片的可能性进行考虑，并没有对各边变形的评判标准及变形计算公式进行明确。
3 分程隔板应力
因为在实际工作过程中分程隔板具有极为复杂的受力状况，因此不仅需要对隔板两侧介质压差进行考虑，还需要对因为介质流动造成的冲击力、筒体与隔板热膨胀程度不同造成的温差应力、管箱筒体膨胀引发的拉应力等对筒体与隔板之间焊缝作用进行充分重视与考虑。首先，两侧介质压差的影响。在分程隔板设计时可以看作一块均匀受压的矩形板。隔板在压力荷载下产生了沿隔板厚度线性分布的弯曲应力，称为一次弯曲应力，能按照GB151-1999进行计算，其次，管箱筒体径向膨胀造成的拉应力。一般情况下设计者会将分程隔板看作受压矩形板，只对压差作用下隔板弯曲应力进行考虑，而对隔板受到筒体的拉伸应力产生了忽视。筒体在内压作用下会发生径向膨胀，在筒体上焊接的隔板会随着筒体而被动的生长。但管箱厚度较小而管程压力较高时，管箱受压膨胀之后筒体应变与隔板拉伸应变近似相等。
4 筒体与分程隔板的连接焊缝
筒体与隔板之间在操作状态下连接焊缝需要承受较大应力，尤其是因为温度较高而压差较大时，所以需要确保焊缝的强度。通常情况下隔板端部承受弯矩最大，相关工作人员更要高度重视。本文认为需要与API660、TEMA的做法相结合，在筒体与隔板连接处全方位应用双面焊，焊脚高度必须要比隔板最小所需厚度的四分之三要高，垫片密封面起50mm范围内需要进行全焊透焊缝。
5结束语
综上所述，因为管壳式换热器分程隔板具有极为复杂的受力状态，在强度设计过程中相关工作人员需要对两侧压差产生的弯曲应力进行充分考虑，还要对筒体与隔板之间焊接结构给予高度重视。重视焊接接头的合理性是确保在复杂荷载作用下标准隔板不出现失效问题的关键前提。
参考文献
[1]宫海峰，王斌，孙明玉，等.催化裂化装置分馏塔顶换热器选用方案的比较分析[J].石油化工设计，2018，35（04）：35-38，6-7.
关键词：分程隔板;换热器;合理设计
换热器主要是指实现物料之间热量传递的一种设备，已经成为普遍应用于机械、炼油、化工、建筑工业、食品、动力等产业中的典型设备，其在化工及炼油装置中的建设投资比例已经高达40%-50%，所以换热器质量对整个换热系统及装置经济效益与安全性能等均产生了直接影响，无论是从工厂投资还是能源利用上来看，进行换热器的合理设计与选择都具有非常重要的意义。管壳式换热器在多种换热器中因为其具有单位体积内具有传热效果好、提供较大换热面积、操作弹性大、适应性强、便与检修与清洗、成本低、易制造等优点，已经成为应用最大、最为广泛的换热器形式，在系统装置中换热器中约占90%。
1分程隔板失效的原因分析
强度不足是造成分程隔板失效的主要原因，尤其是筒体与隔板之间的焊接强度不足，筒体与分程隔焊接处焊缝撕裂为主要表现。
2国内外分程隔板设计要求分析
2.1 GB151-1999對分程隔板的设计要求
首先，强度要求。表1为GB151-1999中分程隔板的尺寸系数B。
GB151-1999对分程隔板强速设计要求存在几点问题。第一，在经典矩形平板均布荷载作用下所需最小厚度的计算公式，也就是在对分程隔板两侧压力造成的弯曲应力进行考虑，但是却没有对分程隔板受到管箱筒体的拉升作用进行考虑，也未能对筒体热膨胀差及隔板的影响进行考虑。第二，GB151-1999未能提到如何确定多程管式换热器其隔板两侧的压力差。
再次，刚度要求。GB151-1999中对分程隔板最小厚度要求进行规定。但其是出于对控制隔板挠度的考虑，是为了防止在外在作用下隔板出现变形过大的情况。但是其中存在的一个问题是，在实际操作过程中未能给出隔板的最大挠度，无法确保隔板变形程度在要求规定范围内。
最后，其他影响因素。GB151-1999中有相关说明，当隔板两侧压与承受脉动压差较大时，应当适当的改变隔板结构或者适当增加隔板厚度。但是却未提及隔板怎样适当增加厚度、何种情况是两侧压差较大、隔板结构改变的基本原则是什么，这些问题很大程度上都给设计工作带来了困扰。
2.2 TEMA标准对分程隔板的设计要求
对分程隔板的设计要求而言，与GB151-1999相比EMA标准与其相一致，并且在尺寸系数查取表格及厚度计算公式也几乎完全相同。但是二者之间仍然存在一定区别：首先，TEMA标准对筒体与隔板之间角焊缝提出了一定要求，RCB-9.133指出隔板在使用双面角焊缝是焊脚高度必须要比隔板最小所需厚度的四分之三倍要高;其次，TEMA标准还要求需要对隔板由于变形而脱离分程垫片的可能性进行考虑，并没有对各边变形的评判标准及变形计算公式进行明确。
3 分程隔板应力
因为在实际工作过程中分程隔板具有极为复杂的受力状况，因此不仅需要对隔板两侧介质压差进行考虑，还需要对因为介质流动造成的冲击力、筒体与隔板热膨胀程度不同造成的温差应力、管箱筒体膨胀引发的拉应力等对筒体与隔板之间焊缝作用进行充分重视与考虑。首先，两侧介质压差的影响。在分程隔板设计时可以看作一块均匀受压的矩形板。隔板在压力荷载下产生了沿隔板厚度线性分布的弯曲应力，称为一次弯曲应力，能按照GB151-1999进行计算，其次，管箱筒体径向膨胀造成的拉应力。一般情况下设计者会将分程隔板看作受压矩形板，只对压差作用下隔板弯曲应力进行考虑，而对隔板受到筒体的拉伸应力产生了忽视。筒体在内压作用下会发生径向膨胀，在筒体上焊接的隔板会随着筒体而被动的生长。但管箱厚度较小而管程压力较高时，管箱受压膨胀之后筒体应变与隔板拉伸应变近似相等。
4 筒体与分程隔板的连接焊缝
筒体与隔板之间在操作状态下连接焊缝需要承受较大应力，尤其是因为温度较高而压差较大时，所以需要确保焊缝的强度。通常情况下隔板端部承受弯矩最大，相关工作人员更要高度重视。本文认为需要与API660、TEMA的做法相结合，在筒体与隔板连接处全方位应用双面焊，焊脚高度必须要比隔板最小所需厚度的四分之三要高，垫片密封面起50mm范围内需要进行全焊透焊缝。
5结束语
综上所述，因为管壳式换热器分程隔板具有极为复杂的受力状态，在强度设计过程中相关工作人员需要对两侧压差产生的弯曲应力进行充分考虑，还要对筒体与隔板之间焊接结构给予高度重视。重视焊接接头的合理性是确保在复杂荷载作用下标准隔板不出现失效问题的关键前提。
参考文献
[1]宫海峰，王斌，孙明玉，等.催化裂化装置分馏塔顶换热器选用方案的比较分析[J].石油化工设计，2018，35（04）：35-38，6-7.