在固定式列管换热器中, 当列管、壳体热膨胀差较大时, 壳体轴向应力增大。因此, 在结构设计中, 在壳体上加设波形膨胀节以降低壳体轴向应力是一个行之有效的方法。波形膨胀节由于挠性大, 易变形,其补偿作用增大了壳体方面的伸长量, 从而使管子与壳体热膨胀伸长量的差值减少, 达到降低壳体轴向应力的目的。然而, 由于壳体方面弹性伸长量增加了, 必然影响管板的挠曲变形, 而管子与管板又紧密连接在一起, 管子的应力状态也将随管板挠曲变形的变化而变化。本文通过数值计算研讨了几种不同温差状况下由管子与壳体之间膨胀差引起的管板挠曲变形、列管轴向应力、壳体轴向应力的变化状况, 研讨了波形膨胀节对固定式列管换热器重要受力构件的综合效应, 从而提出何时加膨胀节对整个设计最有利。

固定式列管换热器管板变形受到多种因素的影响, 其中有管程压力与壳程压力作用, 管束支承效应, 未钻孔实心环的影响, 列管与壳体之间不同的热膨胀以及管板与壳体ö管箱之间的相互作用等。

在固定管板列管换热器中, 加设膨胀节是为了降低管壁与壳壁温差引起的壳体轴向力。加设膨胀节后, 壳体方面弹性伸长量的增加必然影响管板的挠曲变形, 列管的轴向应力也将随管板挠曲变形的变化而变化。

当管壁与壳壁温差引起的膨胀差较大时, 如果不加膨胀节, 温差轴向力的作用使管板挠曲变形大,管板受力状况不好, 对应于管板变形, 列管最大轴向应力为压缩应力, 须校核管子的稳定性。加设膨胀节后, 由于膨胀节的补偿作用降低了温差的轴向力, 管板挠曲变形变小, 管板弯矩值下降, 管板受力状况好转, 列管最大轴向应力为拉应力。

当管壁与壳壁温差引起的膨胀差较小时, 没有必要加膨胀节。此时, 不加膨胀节, 由于温差轴向力小, 不仅壳体轴向应力值在许可值范围内, 而且管板挠曲变形小, 因而管板弯矩值小, 列管的轴向应力值亦低。如果这种状况下加膨胀节, 管板挠曲变形加大, 管板径向弯矩绝对值显著增大, 管板受力状况恶化, 且部分列管由压缩转为拉伸, 拉伸应力值比未加膨胀节时增大, 从而造成列管和管板内表面应力腐蚀破坏条件, 对于容易发生应力腐蚀破坏的列管换热器, 尤其要填重考虑。