列管式冷凝器运行时,管程与壳程流体的温度差异导致部件热膨胀不一致,形成热应力,其分布规律受结构、材料及操作条件影响显著。
管板是热应力集中的核心区域:两侧流体温差形成沿厚度方向的温度梯度,产生热应力;同时,换热管与壳体的膨胀量差异对管板形成拉扯或挤压,加剧应力集中。换热管与管板的连接部位(焊接或胀接界面)因材料约束和几何突变,易出现局部应力峰值,长期运行可能引发疲劳裂纹。
稳定工况下,应力分布较平缓,管板中心呈压应力、边缘呈拉应力;启停或负荷调整时,温度快速变化导致应力动态波动。升温阶段,换热管膨胀大于壳体,对管板产生轴向拉应力;降温阶段则相反,壳体收缩挤压管板,可能引发翘曲。频繁波动会叠加应力循环,加速材料疲劳。
采用热膨胀系数匹配的材料组合(如低合金钢壳体搭配不锈钢换热管),可减少变形差异;设置膨胀节或柔性连接段能缓冲壳体约束,优化管板应力;增加折流板或采用螺旋结构可强化壳程扰动,降低局部高温。长期运行中,材料蠕变会使应力松弛,但腐蚀、结垢会改变传热效率,导致局部温度场异常,引发新的应力集中,需通过定期维护控制风险。
热应力分布以管板为核心、连接部为关键、温度波动为诱因,通过材料匹配、结构优化与运行控制可实现有效调控。

