換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -3

1、管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析強(qiáng)度分析（三）（三）保定金能公司3.2 3.2 殼程結(jié)構(gòu)殼程結(jié)構(gòu)3.2.23.2.2 折流板折流板3.2.1 3.2.1 殼體殼體3.2.3 3.2.3 折流桿折流桿3.2.4 3.2.4 螺旋板螺旋板3.2.53.2.5防短路結(jié)構(gòu)防短路結(jié)構(gòu)3.2.6 3.2.6 殼程分程殼程分程殼體的強(qiáng)度（壁厚）計(jì)算殼體的強(qiáng)度（壁厚）計(jì)算適用范圍：適用范圍： ， 此時(shí)，此時(shí)， - -圓筒的計(jì)算厚度，圓筒的計(jì)算厚度，mmmm（required thicknessrequired thickness） - -設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)壓力，MPaMPa； - -圓筒內(nèi)

2、徑，圓筒內(nèi)徑，mmmm； - -材料使用溫度下的許用應(yīng)力，材料使用溫度下的許用應(yīng)力，MPaMPa； - -焊接接頭系數(shù)。焊接接頭系數(shù)。 tt0.4 p ppDti2piD5 . 1K 例如內(nèi)徑例如內(nèi)徑1200mm1200mm的容器的公的容器的公稱直徑標(biāo)記為稱直徑標(biāo)記為DN1200DN12001. 1. 容器直徑的影響容器直徑的影響標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以DNDN表示，單位表示，單位mmmm； 壓力容器的公稱直徑壓力容器的公稱直徑 鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。鋼板卷焊公稱直徑是內(nèi)徑。300(350)400(450)500(550)600(650)700(750)8009001

3、000(1100)1200(1300)1400(1500)1600(1700)1800(1900)2000(2100)2200(2300)2400 2500 2600 28003000 3200 3400 3500 3600 3800 4000 4200 4400 45004600 4800 5000 5200 5400 5500 5600 5800 6000 容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作。公容器直徑較小，可直接用無縫鋼管制作。公稱直徑指鋼管外徑。稱直徑指鋼管外徑。159219273325377426表表 無縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑（無縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑（mmmm）v設(shè)

4、計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將工藝計(jì)算初步確定的設(shè)備內(nèi)徑，調(diào)整為符合表所規(guī)定的公稱直徑。調(diào)整為符合表所規(guī)定的公稱直徑。 v封頭的公稱直徑與筒體一致。封頭的公稱直徑與筒體一致。最大工作壓力是容器頂部的壓力，對(duì)于塔類直立容器，直立最大工作壓力是容器頂部的壓力，對(duì)于塔類直立容器，直立進(jìn)行水壓試驗(yàn)的壓力和臥置時(shí)不同；進(jìn)行水壓試驗(yàn)的壓力和臥置時(shí)不同；工作壓力是根據(jù)工藝條件決定的，許多塔器頂部的壓力并不工作壓力是根據(jù)工藝條件決定的，許多塔器頂部的壓力并不是其實(shí)際最高工作壓力。是其實(shí)際最高工作壓力。標(biāo)準(zhǔn)中的最大工作壓力，最高工作壓力和工作壓力概念相同標(biāo)準(zhǔn)中的最大工作壓力，最高工作壓力和工

5、作壓力概念相同。2 .2 .工作壓力（工作壓力（work pressurework pressure） 正常的工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力正常的工作情況下，容器頂部可能達(dá)到的最高壓力2022-1-12Qust 管殼式換熱器設(shè)計(jì)8設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力 指設(shè)定的換熱器管、殼程頂部的最指設(shè)定的換熱器管、殼程頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。件，其值不低于工作壓力。 同時(shí)受管、殼程壓力作用的元件，僅在能同同時(shí)受管、殼程壓力作用的元件，僅在能同時(shí)保證管程、殼程同時(shí)升、降壓時(shí)，才可以按照時(shí)保證管程、殼程同時(shí)升、降壓時(shí)，

6、才可以按照壓差設(shè)計(jì)，否則分別按管、殼程工作壓力確定設(shè)壓差設(shè)計(jì)，否則分別按管、殼程工作壓力確定設(shè)計(jì)壓力；計(jì)壓力； 應(yīng)該考慮最苛刻的殼程和管程的壓力組合；應(yīng)該考慮最苛刻的殼程和管程的壓力組合； 按照壓差設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮壓力實(shí)驗(yàn)過程中按照壓差設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮壓力實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的壓差，并應(yīng)該制定壓力試驗(yàn)步驟。可能出現(xiàn)的壓差，并應(yīng)該制定壓力試驗(yàn)步驟。2 .2 .設(shè)計(jì)壓力（設(shè)計(jì)壓力（work pressurework pressure） 一臺(tái)設(shè)備的一臺(tái)設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力只有一個(gè)設(shè)計(jì)壓力只有一個(gè)，而計(jì)算壓力反映受壓元，而計(jì)算壓力反映受壓元件的實(shí)際狀態(tài)，在不同部位值不同。件的實(shí)際狀態(tài)，在不同部位值不同。 計(jì)算

7、壓力在壓力容器總圖的技術(shù)特性中不出現(xiàn)，只在計(jì)計(jì)算壓力在壓力容器總圖的技術(shù)特性中不出現(xiàn)，只在計(jì)算書中出現(xiàn)。算書中出現(xiàn)。 在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，包括液柱靜在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定元件厚度的壓力，包括液柱靜壓力，當(dāng)靜壓力值小于壓力，當(dāng)靜壓力值小于5 5的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可略去靜壓力。的設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可略去靜壓力。計(jì)算壓力計(jì)算壓力 （Calculation pressureCalculation pressure） 設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)工作狀態(tài)可能達(dá)到的最高溫度；可能達(dá)到的最高溫度； 設(shè)計(jì)溫度在設(shè)計(jì)溫度在00以下以下時(shí)，不得高于元件金屬能達(dá)到的最

8、低溫度；時(shí)，不得高于元件金屬能達(dá)到的最低溫度； 當(dāng)容器在各部分工作狀態(tài)下有不同溫度時(shí)，可當(dāng)容器在各部分工作狀態(tài)下有不同溫度時(shí)，可分別設(shè)定每一分別設(shè)定每一部分的設(shè)計(jì)溫度；部分的設(shè)計(jì)溫度；3. 設(shè)計(jì)溫度（設(shè)計(jì)溫度（Design temperature） 容器在正常工作情況下，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的容器在正常工作情況下，在相應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度。受壓元件的金屬溫度。圓筒設(shè)計(jì)厚度（圓筒設(shè)計(jì)厚度（design thickness design thickness ） 計(jì)算壁厚與腐蝕余量計(jì)算壁厚與腐蝕余量C C2 2之和稱為設(shè)計(jì)壁厚。是同之和稱為設(shè)計(jì)壁厚。是同時(shí)滿足強(qiáng)度、剛度和使用

9、壽命的最小厚度。時(shí)滿足強(qiáng)度、剛度和使用壽命的最小厚度。 C C2 2為腐蝕裕度為腐蝕裕度 （corrosion allowancecorrosion allowance）根據(jù)介）根據(jù)介質(zhì)對(duì)選用材料腐蝕速度和設(shè)計(jì)使用壽命共同考慮。質(zhì)對(duì)選用材料腐蝕速度和設(shè)計(jì)使用壽命共同考慮。C C2 2=k a=k a， mmmm；kk腐蝕速度，腐蝕速度，mm/amm/a；對(duì)碳素鋼；對(duì)碳素鋼和低合金鋼，和低合金鋼，C C2 2 1mm 1mm；對(duì)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐；對(duì)于不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性能極微時(shí)，取蝕性能極微時(shí)，取C C2 20 0。2dC圓筒的名義厚度圓筒的名義厚度 normal thicknessnorma

10、l thickness 設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差設(shè)計(jì)厚度加上鋼板負(fù)偏差C C1 1后向上圓整至剛才標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格后向上圓整至剛才標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖樣上的殼體厚度。的厚度，即標(biāo)注在設(shè)計(jì)圖樣上的殼體厚度。 C C1 1鋼板負(fù)偏差鋼板負(fù)偏差(minus deviation of material (minus deviation of material thickness)thickness) 任何名義厚度的鋼板出廠時(shí)，都允許有一定的負(fù)偏差。鋼任何名義厚度的鋼板出廠時(shí)，都允許有一定的負(fù)偏差。鋼板和鋼管的負(fù)偏差按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。當(dāng)鋼板負(fù)偏差不大于板和鋼管的負(fù)偏差按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。當(dāng)鋼板負(fù)偏差不大于

11、0.25mm0.25mm，且不超過名義厚度的，且不超過名義厚度的6 6時(shí)，負(fù)偏差可忽略不計(jì)。時(shí)，負(fù)偏差可忽略不計(jì)。 21nCC表表 4-2 鋼板負(fù)偏差值鋼板負(fù)偏差值圓筒的有效厚度圓筒的有效厚度 名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材厚度負(fù)偏差，從性質(zhì)上可名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材厚度負(fù)偏差，從性質(zhì)上可以理解為真正可以承受介質(zhì)壓強(qiáng)的厚度，成為有效厚度。以理解為真正可以承受介質(zhì)壓強(qiáng)的厚度，成為有效厚度。數(shù)值上可以看作是計(jì)算厚度加上向上鋼材圓整量。數(shù)值上可以看作是計(jì)算厚度加上向上鋼材圓整量。 12enCC表表 4-3 厚度關(guān)系厚度關(guān)系焊在殼體上，供殼程流體進(jìn)、出焊在殼體上，供殼程流體進(jìn)、出防止進(jìn)口流體直接沖擊管

12、束造成防止進(jìn)口流體直接沖擊管束造成管子的侵蝕管子的侵蝕和振動(dòng)和振動(dòng)，在殼程進(jìn)口接管處安裝，也叫，在殼程進(jìn)口接管處安裝，也叫緩沖緩沖板板。焊接在拉桿、定距管、焊接在拉桿、定距管、I折流板上折流板上焊接在圓筒上焊接在圓筒上用用U型螺栓固定在換熱管上型螺栓固定在換熱管上固定形式固定形式1 1、接管、接管2 2、防沖擋板、防沖擋板3.2.1 3.2.1 殼體殼體2022-1-12Qust 管殼式換熱器設(shè)計(jì)161. 接管接管焊在殼體上，供殼程流體進(jìn)、出。焊在殼體上，供殼程流體進(jìn)、出。根據(jù)管殼式換熱器的特點(diǎn)，對(duì)接管有如下要求：（1）接管與殼體連接的結(jié)構(gòu)形式一般采用插入式焊接結(jié)構(gòu)，接管端部應(yīng)與殼體內(nèi)表面平齊

13、。（2）設(shè)計(jì)溫度大于或等于300時(shí)，接管法蘭應(yīng)采用 對(duì)焊法蘭。（3）為提高傳熱效率，排除或回收殘液、殘氣，應(yīng)在殼程和管程的最高點(diǎn)、最低點(diǎn)，分別設(shè)置排氣、排液接管。排氣、排液接管的端部必須與殼體內(nèi)表面平齊。其最小公稱直徑為20mm。 減少減少流體滯留區(qū)流體滯留區(qū)，改善兩端流體的分布；，改善兩端流體的分布；增加換熱管增加換熱管有效換熱長度有效換熱長度，提高傳熱效率，提高傳熱效率起起防沖擋板的作用防沖擋板的作用。3 3導(dǎo)導(dǎo)流流筒筒提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；使殼程流體垂直沖刷管束，提高殼程傳熱系使殼程流體垂直沖刷管束，提高殼程傳熱系數(shù)同時(shí)減少結(jié)垢。數(shù)同時(shí)減少結(jié)垢。

14、弓形弓形圓盤圓盤- -圓環(huán)形圓環(huán)形堰形折流板堰形折流板1. 1.作作用用2. 2.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式形式3.2.23.2.2 折流板折流板( b ) 雙 弓 形水 平豎 直轉(zhuǎn) 角（ a ） 單 弓 形（C） 三 弓 形（ d ） 四 弓 形( b ) 雙 弓 形水 平豎 直轉(zhuǎn) 角（ a ） 單 弓 形（C） 三 弓 形（ d ） 四 弓 形圖圖3-10 折流板形式折流板形式l 原則：應(yīng)使流體流過缺口時(shí)軸流速度與橫向流過管原則：應(yīng)使流體流過缺口時(shí)軸流速度與橫向流過管束時(shí)的束時(shí)的流速相近流速相近；l 缺口大小用弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來表示，缺口大小用弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來表示，對(duì)于無相變單

15、弓形折流板，對(duì)于無相變單弓形折流板，h h一般取一般取0.200.200.45Di0.45Di，最常用最常用0.25D0.25Di i。l 冷凝器，一般冷凝器，一般h h0.250.250.450.45D Di i，根據(jù)冷凝液多少?zèng)Q，根據(jù)冷凝液多少?zèng)Q定缺口高度；定缺口高度；l 殼程沸騰再沸器，一般殼程沸騰再沸器，一般h h0.45D0.45Di i。 弓形缺口高度弓形缺口高度h h加擋板：增大殼程流體的湍動(dòng)，提高殼程的加擋板：增大殼程流體的湍動(dòng)，提高殼程的 多管程：增大管內(nèi)流體多管程：增大管內(nèi)流體u u，提高管內(nèi)，提高管內(nèi) 圓缺形，單弓形、圓缺形，單弓形、雙弓形和三弓形。雙弓形和三弓形。單弓形

16、折流板單弓形折流板single segmental single segmental bafflebaffle（A A）殼程為單相清潔液體時(shí)，折流板缺口上下布置）殼程為單相清潔液體時(shí)，折流板缺口上下布置通液口通氣口弓形缺口及通液口設(shè)置弓形缺口及通液口設(shè)置圖圖3-11 折流板缺口布置折流板缺口布置（B B）臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固體）臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固體顆粒時(shí)折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，在折流板最低處開通液口顆粒時(shí)折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，在折流板最低處開通液口通液口通液口圖圖3-12 折流板缺口布置折流板缺口布置在單弓形折流板管殼式換熱器內(nèi)，殼程

17、流體經(jīng)過折流板在單弓形折流板管殼式換熱器內(nèi)，殼程流體經(jīng)過折流板的圓缺部分后的圓缺部分后垂直掠過管束垂直掠過管束，在折流板的作用下進(jìn)行，在折流板的作用下進(jìn)行“Z”流動(dòng)，流流動(dòng)，流體湍流程度強(qiáng)，傳熱效率高，但缺點(diǎn)也較明顯體湍流程度強(qiáng)，傳熱效率高，但缺點(diǎn)也較明顯。圖圖3-13弓形板殼程流動(dòng)形態(tài)弓形板殼程流動(dòng)形態(tài)螺旋板式折流板螺旋板式折流板 流體反復(fù)橫向沖刷換熱管束并不斷劇烈改變流動(dòng)方向會(huì)流體反復(fù)橫向沖刷換熱管束并不斷劇烈改變流動(dòng)方向會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生較大的形體阻力，殼程壓降往往超出允許值生較大的形體阻力，殼程壓降往往超出允許值； 在折流板與殼體相連處在折流板與殼體相連處存在流動(dòng)死區(qū)存在流動(dòng)死區(qū)，結(jié)垢嚴(yán)重需經(jīng)常

18、清，結(jié)垢嚴(yán)重需經(jīng)常清理，停工檢修頻繁；理，停工檢修頻繁； 流動(dòng)死區(qū)同時(shí)也是流動(dòng)死區(qū)同時(shí)也是傳熱死區(qū)，降低了殼程換熱系數(shù)傳熱死區(qū)，降低了殼程換熱系數(shù)； 殼程流體劇烈沖刷換熱管束，而窗口區(qū)管束無支撐跨距是殼程流體劇烈沖刷換熱管束，而窗口區(qū)管束無支撐跨距是折流板間距的兩倍，折流板間距的兩倍，易產(chǎn)生流體誘導(dǎo)振動(dòng)易產(chǎn)生流體誘導(dǎo)振動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱管磨，導(dǎo)致?lián)Q熱管磨損甚至斷裂，縮短了換熱器壽命；損甚至斷裂，縮短了換熱器壽命；弓弓形形板板缺缺陷陷許多研究者對(duì)單弓形許多研究者對(duì)單弓形折流板結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了折流板結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并提出了優(yōu)化，并提出了雙弓形、雙弓形、三弓形、傾斜形、原盤三弓形、傾斜形、原盤圓缺形圓缺

19、形等改進(jìn)形式如圖。等改進(jìn)形式如圖。但其傳熱性能均不如單但其傳熱性能均不如單弓形結(jié)構(gòu)的，且橫向流弓形結(jié)構(gòu)的，且橫向流支撐結(jié)構(gòu)的一些固有缺支撐結(jié)構(gòu)的一些固有缺點(diǎn)仍難以徹底克服點(diǎn)仍難以徹底克服。弓形板改進(jìn)措施弓形板改進(jìn)措施圖圖3-14弓形板圓缺口弓形板圓缺口最具代表性的縱向流換熱器是上世紀(jì)年代美國石油公司最具代表性的縱向流換熱器是上世紀(jì)年代美國石油公司為解決傳統(tǒng)弓形折流板支撐結(jié)構(gòu)中換熱管與折流板的切割為解決傳統(tǒng)弓形折流板支撐結(jié)構(gòu)中換熱管與折流板的切割破壞和流體誘導(dǎo)振動(dòng)而開發(fā)的破壞和流體誘導(dǎo)振動(dòng)而開發(fā)的折流桿管殼式換熱器折流桿管殼式換熱器，其殼，其殼程支撐結(jié)構(gòu)為程支撐結(jié)構(gòu)為管間排布的支撐桿組成的折流柵

20、管間排布的支撐桿組成的折流柵如如圖所示。圖所示。3.2.3 3.2.3 折流桿折流桿圖圖3-15折流板換熱器折流板換熱器 首先它的首先它的軸向流動(dòng)方式軸向流動(dòng)方式，減少了殼程流體的，減少了殼程流體的滯流、滯流、回流和死區(qū)回流和死區(qū)，提高了佩克萊常數(shù)值減少了殼程壓降，提高了佩克萊常數(shù)值減少了殼程壓降和污垢沉積；和污垢沉積； 折流桿后的卡門渦街脫落效應(yīng)在傳熱管子表面產(chǎn)生折流桿后的卡門渦街脫落效應(yīng)在傳熱管子表面產(chǎn)生湍流，湍流，提高了殼程單位壓降下的對(duì)流換熱系數(shù)提高了殼程單位壓降下的對(duì)流換熱系數(shù)； 折流桿的夾持作用能夠折流桿的夾持作用能夠抑制換熱管束的破壞性振動(dòng)抑制換熱管束的破壞性振動(dòng)使冷換設(shè)備大型化

21、成為可能；使冷換設(shè)備大型化成為可能；折折流流桿桿優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)由于以上優(yōu)點(diǎn)，折流桿支撐結(jié)構(gòu)由于以上優(yōu)點(diǎn)，折流桿支撐結(jié)構(gòu)適用于殼程壓降要求嚴(yán)格，系統(tǒng)適用于殼程壓降要求嚴(yán)格，系統(tǒng)操作穩(wěn)定性差，振動(dòng)情況較嚴(yán)重操作穩(wěn)定性差，振動(dòng)情況較嚴(yán)重的場(chǎng)合。折流桿換熱器也有著自己的場(chǎng)合。折流桿換熱器也有著自己的局限性，的局限性，其在低殼程雷諾數(shù)、高粘度流體中很難形成有效的卡門其在低殼程雷諾數(shù)、高粘度流體中很難形成有效的卡門渦街，傳熱效率低。渦街，傳熱效率低?？v向流支撐結(jié)構(gòu)還包括整圓形折流孔板、管束縱向流支撐結(jié)構(gòu)還包括整圓形折流孔板、管束自支撐等如圖。自支撐等如圖。折流桿的局限性折流桿的局限性圖圖3-15 其他縱向支撐結(jié)

22、構(gòu)其他縱向支撐結(jié)構(gòu)螺旋折流板管殼式換熱器由前捷克斯洛伐克國家化工研螺旋折流板管殼式換熱器由前捷克斯洛伐克國家化工研究所的究所的Nemcansky提出，最早于年應(yīng)用在斯洛伐克共和國提出，最早于年應(yīng)用在斯洛伐克共和國一個(gè)核電廠的反應(yīng)堆主循環(huán)上。螺旋流是介于一個(gè)核電廠的反應(yīng)堆主循環(huán)上。螺旋流是介于橫向流和縱向橫向流和縱向流之間的一種殼程流體流動(dòng)形態(tài)，兼有橫向流和縱向流的優(yōu)流之間的一種殼程流體流動(dòng)形態(tài)，兼有橫向流和縱向流的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。3.2.4 3.2.4 螺旋板螺旋板圖圖3-16 螺旋折流板換熱器螺旋折流板換熱器螺旋折流板換熱器徹底改變了傳統(tǒng)的垂直弓螺旋折流板換熱器徹底改變了傳統(tǒng)的垂直弓形板多次形板多次

23、180折返橫向流動(dòng)的方式，使殼程折返橫向流動(dòng)的方式，使殼程橫截面出現(xiàn)一個(gè)速度梯度場(chǎng)，這個(gè)速度梯度橫截面出現(xiàn)一個(gè)速度梯度場(chǎng)，這個(gè)速度梯度場(chǎng)使每一根換熱管都處于換熱介質(zhì)的漩渦中場(chǎng)使每一根換熱管都處于換熱介質(zhì)的漩渦中，此漩渦使換熱管表面，此漩渦使換熱管表面邊界層減薄，降低了邊界層減薄，降低了熱阻，提高了流體的流動(dòng)速度熱阻，提高了流體的流動(dòng)速度，所以可以大，所以可以大幅提高傳熱系數(shù)。幅提高傳熱系數(shù)。螺旋折流板優(yōu)點(diǎn)螺旋折流板優(yōu)點(diǎn)螺旋折流板換熱器殼程螺旋折流板換熱器殼程介質(zhì)的螺旋折流流動(dòng)方介質(zhì)的螺旋折流流動(dòng)方式，式，減少窗口區(qū)流體大減少窗口區(qū)流體大角度折返的壓頭損失角度折返的壓頭損失，消除了傳統(tǒng)垂直弓形板

24、消除了傳統(tǒng)垂直弓形板的橫向折流造成的折流的橫向折流造成的折流板后面約板后面約40%換熱面積換熱面積傳熱死區(qū)傳熱死區(qū)，使殼程壓降，使殼程壓降明顯降低，在相同流量明顯降低，在相同流量下可使壓降減小下可使壓降減小45%。圖圖3-17 用于加氫脫硫單用于加氫脫硫單元上的螺旋板換熱器元上的螺旋板換熱器殼程無滯留區(qū)和死區(qū)，無污垢積累殼程無滯留區(qū)和死區(qū)，無污垢積累。對(duì)于粘度較大戒指。對(duì)于粘度較大戒指的傳熱，污垢熱阻占總熱阻的的傳熱，污垢熱阻占總熱阻的50%70%，因此螺旋通道，因此螺旋通道內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)流有利于在殼程內(nèi)沖刷走顆粒物及沉內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的介質(zhì)流有利于在殼程內(nèi)沖刷走顆粒物及沉淀物，淀物，消除結(jié)垢嚴(yán)重

25、的傳熱三角死區(qū)消除結(jié)垢嚴(yán)重的傳熱三角死區(qū)，在裝置的使用后，在裝置的使用后期仍然具有良好的操作性能，可延長檢修周期。期仍然具有良好的操作性能，可延長檢修周期。圖 3-18 弓形板（左） 3-19螺旋板（右）殼程污垢 具有良好的抗震振性，具有良好的抗震振性，特別適用于介質(zhì)流量波特別適用于介質(zhì)流量波動(dòng)大或氣液兩相工況。動(dòng)大或氣液兩相工況。螺旋折流板換熱器通過螺旋折流板換熱器通過選擇合適的角度，可得選擇合適的角度，可得到避開管子激振頻率的到避開管子激振頻率的支撐長度支撐長度，解決了管束，解決了管束的振動(dòng)損傷問題，延長的振動(dòng)損傷問題，延長了設(shè)備的運(yùn)行壽命。了設(shè)備的運(yùn)行壽命。圖 3-20 1/3扇形板要使

26、殼程工質(zhì)形成理想的連續(xù)螺旋流動(dòng)，折流板應(yīng)該是一要使殼程工質(zhì)形成理想的連續(xù)螺旋流動(dòng)，折流板應(yīng)該是一系列連續(xù)的螺旋曲面，可稱之為系列連續(xù)的螺旋曲面，可稱之為連續(xù)型螺旋折流板連續(xù)型螺旋折流板如圖。如圖。連續(xù)螺旋折流板可使殼程流體形成相對(duì)連續(xù)平穩(wěn)的螺旋流連續(xù)螺旋折流板可使殼程流體形成相對(duì)連續(xù)平穩(wěn)的螺旋流動(dòng)動(dòng),但受螺旋結(jié)構(gòu)的限制但受螺旋結(jié)構(gòu)的限制,其殼體中心區(qū)域需要加裝假管其殼體中心區(qū)域需要加裝假管,從從而降低了殼體空間的利用率而降低了殼體空間的利用率,換熱器緊湊性下降。換熱器緊湊性下降。圖 3-21 連續(xù)型螺旋折流板連續(xù)性與非連續(xù)性螺旋折流板連續(xù)性與非連續(xù)性螺旋折流板連續(xù)螺旋折流板可使殼程流體連續(xù)螺旋

27、折流板可使殼程流體形成形成相對(duì)連續(xù)平穩(wěn)的螺旋流動(dòng)相對(duì)連續(xù)平穩(wěn)的螺旋流動(dòng)， 連續(xù)螺旋折流板換熱器的連續(xù)螺旋折流板換熱器的加工制加工制造安裝也比較復(fù)雜造安裝也比較復(fù)雜，給產(chǎn)品的進(jìn)，給產(chǎn)品的進(jìn)一步大型化和推廣應(yīng)用帶來困難一步大型化和推廣應(yīng)用帶來困難目前應(yīng)用中的螺旋折流板換熱器目前應(yīng)用中的螺旋折流板換熱器大多采用一系列法向與換熱管軸大多采用一系列法向與換熱管軸向成一定夾角的扇形平面板進(jìn)行向成一定夾角的扇形平面板進(jìn)行搭接，形成近似螺旋面，可稱之搭接，形成近似螺旋面，可稱之為為非連續(xù)螺旋折流板非連續(xù)螺旋折流板 如圖，每塊如圖，每塊板在圓斷面上的投影均占板在圓斷面上的投影均占1/4個(gè)圓。個(gè)圓。圖3-22 扇

28、形螺旋折流板非連續(xù)螺旋折流板按照裁剪方式還可以分為非連續(xù)螺旋折流板按照裁剪方式還可以分為四分之一橢四分之一橢圓、四分之一扇形和三分之一扇形圓、四分之一扇形和三分之一扇形，如圖所示。四分之一，如圖所示。四分之一橢圓螺旋折流板的長短邊分別為折流板所在橢圓的長短軸橢圓螺旋折流板的長短邊分別為折流板所在橢圓的長短軸，四分之一扇形，四分之一扇形螺旋折流板左右對(duì)稱螺旋折流板左右對(duì)稱。每片橢圓型鋼板采。每片橢圓型鋼板采用四分之一橢圓裁剪方式可以裁出四塊折流板，采用四分用四分之一橢圓裁剪方式可以裁出四塊折流板，采用四分之一扇形裁剪方式可以裁出兩塊折流板，前者材料利用率之一扇形裁剪方式可以裁出兩塊折流板，前者材

29、料利用率更高不留邊角料。更高不留邊角料。螺旋折流板裁剪方式螺旋折流板裁剪方式螺旋角又稱折流板傾角，連續(xù)螺旋折流板螺旋角的定義為螺旋角又稱折流板傾角，連續(xù)螺旋折流板螺旋角的定義為折流板在殼體上形成的螺旋曲線切線與殼體橫截面間的夾角折流板在殼體上形成的螺旋曲線切線與殼體橫截面間的夾角。非連續(xù)螺旋折流板螺旋角的定義為非連續(xù)螺旋折流板螺旋角的定義為折流板法線方向與換熱管軸折流板法線方向與換熱管軸心的夾角心的夾角角角如圖所示。螺距定義為如圖所示。螺距定義為同一象限相鄰兩塊扇形板之同一象限相鄰兩塊扇形板之間的距離間的距離。螺旋角螺旋角 相鄰非連續(xù)螺旋折流板之相鄰非連續(xù)螺旋折流板之間有間有外圍點(diǎn)接觸的連續(xù)搭

30、接外圍點(diǎn)接觸的連續(xù)搭接和和直邊交叉點(diǎn)接觸的交錯(cuò)搭直邊交叉點(diǎn)接觸的交錯(cuò)搭接接兩種布置方式。采用交錯(cuò)兩種布置方式。采用交錯(cuò)搭接布置可以在其他結(jié)構(gòu)參搭接布置可以在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下減小螺距，數(shù)不變的情況下減小螺距，增加折流板數(shù)量。搭接量增加折流板數(shù)量。搭接量e定義為：定義為：2leDs相鄰折流板搭接方式相鄰折流板搭接方式l為相鄰折流板搭接點(diǎn)到殼體內(nèi)壁的距離為相鄰折流板搭接點(diǎn)到殼體內(nèi)壁的距離，如圖所，如圖所示。示。Ds為殼體內(nèi)徑為殼體內(nèi)徑。連續(xù)搭接時(shí)可認(rèn)為搭接量。連續(xù)搭接時(shí)可認(rèn)為搭接量e=0從從圖中還可發(fā)現(xiàn)，交錯(cuò)搭接后相鄰折流板間除靠近殼體圖中還可發(fā)現(xiàn)，交錯(cuò)搭接后相鄰折流板間除靠近殼體中心的三角

31、區(qū)外還會(huì)形成一個(gè)靠近殼體內(nèi)壁的搭接區(qū)，中心的三角區(qū)外還會(huì)形成一個(gè)靠近殼體內(nèi)壁的搭接區(qū)，兩處漏流均會(huì)對(duì)殼程流動(dòng)產(chǎn)生影響兩處漏流均會(huì)對(duì)殼程流動(dòng)產(chǎn)生影響。 其中其中 為折流板搭接量，為折流板搭接量，n為一個(gè)螺旋周期內(nèi)折流板為一個(gè)螺旋周期內(nèi)折流板片數(shù)，片數(shù)，ds為殼體內(nèi)徑，為殼體內(nèi)徑， 為螺旋角為螺旋角連續(xù)螺旋折流板一個(gè)螺旋周期在軸向的長度稱為連續(xù)螺旋折流板一個(gè)螺旋周期在軸向的長度稱為螺距螺距，對(duì)，對(duì)于非連續(xù)螺旋折流板相鄰的兩個(gè)相同位置折流板的軸向間距稱于非連續(xù)螺旋折流板相鄰的兩個(gè)相同位置折流板的軸向間距稱為螺距每個(gè)螺距內(nèi)所有螺旋折流板在管板方向投影拼接為一個(gè)為螺距每個(gè)螺距內(nèi)所有螺旋折流板在管板方向投

32、影拼接為一個(gè)整圓。整圓。一個(gè)螺距內(nèi)折流板的數(shù)量越多，殼程流動(dòng)越接近連續(xù)螺一個(gè)螺距內(nèi)折流板的數(shù)量越多，殼程流動(dòng)越接近連續(xù)螺旋流動(dòng)旋流動(dòng)。一般來說，出于加工方面的考慮，一個(gè)螺距內(nèi)為一塊。一般來說，出于加工方面的考慮，一個(gè)螺距內(nèi)為一塊折流板。其螺距通用的計(jì)算公式為：折流板。其螺距通用的計(jì)算公式為：sintan ,2,01sBndnn 螺距螺距由于螺旋折流板與管板間夾角的存在，其加工工序比普通由于螺旋折流板與管板間夾角的存在，其加工工序比普通弓形折流板要稍顯復(fù)雜。如圖所示，螺旋折流板從下料到加工弓形折流板要稍顯復(fù)雜。如圖所示，螺旋折流板從下料到加工大概要經(jīng)過以下大概要經(jīng)過以下5個(gè)步驟：個(gè)步驟：螺旋折流

33、板的加工螺旋折流板的加工下料下料鉆孔模鉆孔模具制造具制造引孔引孔鉆孔鉆孔折流板外折流板外圓加工圓加工無論弓形折流板管束還是螺旋折流板管束，為了保證穿無論弓形折流板管束還是螺旋折流板管束，為了保證穿管順利，必須使管順利，必須使管板上和折流板上的管孔同心管板上和折流板上的管孔同心。目前比較。目前比較成熟的工藝是成熟的工藝是采用管板孔引折流板管孔，從而確定折流板采用管板孔引折流板管孔，從而確定折流板管孔的中心位置管孔的中心位置。弓形折流板組裝后與管板平行，可直接。弓形折流板組裝后與管板平行，可直接引孔。而對(duì)于引孔。而對(duì)于 螺旋折流板結(jié)構(gòu)，由于每個(gè)螺旋通道由多塊螺旋折流板結(jié)構(gòu)，由于每個(gè)螺旋通道由多塊折

34、流板組成，各塊折流板不在同一個(gè)平面上，因而不能實(shí)折流板組成，各塊折流板不在同一個(gè)平面上，因而不能實(shí)現(xiàn)直接由管板對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的所有折流板同時(shí)引孔?，F(xiàn)直接由管板對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的所有折流板同時(shí)引孔。但是但是在一個(gè)象限內(nèi)的所有折流板相互平行，并與管板保持固定在一個(gè)象限內(nèi)的所有折流板相互平行，并與管板保持固定夾角，因而可以用模具引孔夾角，因而可以用模具引孔，引孔模具如圖所示，引孔模具如圖所示：螺旋折流板換熱器螺旋折流板換熱器內(nèi)的螺旋內(nèi)的螺旋流動(dòng)方式能適用于包括流動(dòng)方式能適用于包括高高粘度原油、渣油粘度原油、渣油在內(nèi)的所有介質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)也顯著在內(nèi)的所有介質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)也顯著提高了提高了傳熱效率，大幅度降低了壓

35、力降，控制了振動(dòng)造成的破壞傳熱效率，大幅度降低了壓力降，控制了振動(dòng)造成的破壞，減小了污垢沉積的可能性，減小了污垢沉積的可能性，為換熱器大型化提供了關(guān)闊，為換熱器大型化提供了關(guān)闊前景。某煉油廠常減壓蒸餾裝置試運(yùn)行一臺(tái)新型螺旋折流前景。某煉油廠常減壓蒸餾裝置試運(yùn)行一臺(tái)新型螺旋折流板換熱器（改造前是垂直弓形折流板換熱器）改造前后標(biāo)板換熱器（改造前是垂直弓形折流板換熱器）改造前后標(biāo)定數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如下表定數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果如下表：螺旋折流板換熱器應(yīng)用螺旋折流板換熱器應(yīng)用比較參數(shù)螺旋折流板換熱器弓形板換熱器比較參數(shù)螺旋折流板換熱器弓形板換熱器渣油流量/(t/h)6363熱負(fù)荷/kw589.14294.59入

36、口油溫/116116加權(quán)溫度差/83.2774.96出口油溫/102109換熱面積/m2244244入口水溫/2222傳熱系數(shù)/W/(m2K)29.016.2出口水溫/3225.5傳熱系數(shù)比值1.79位置：管束兩端的折流板盡量靠近進(jìn)出口接管位置：管束兩端的折流板盡量靠近進(jìn)出口接管間距：間距： L Lminmin不小于不小于0.2Di0.2Di，且不小于，且不小于50mm50mm； L Lmaxmax不大于不大于DiDi；（a) BEM立式固定管板式換熱器折流板布置折流板布置（a) BEM立式固定管板式換熱器當(dāng)換熱管的無支撐跨距超過了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值時(shí)，當(dāng)換熱管的無支撐跨距超過了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值時(shí)，必須

37、設(shè)置一定數(shù)量的支撐板，按照折流板處理。必須設(shè)置一定數(shù)量的支撐板，按照折流板處理。 過大過大泄露嚴(yán)重，不利傳熱；易引起振動(dòng)。泄露嚴(yán)重，不利傳熱；易引起振動(dòng)。過小過小安裝困難。安裝困難。折流板上管孔與換熱管的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的間隙折流板上管孔與換熱管的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的間隙2022-1-12Qust 管殼式換熱器設(shè)計(jì)495.折流板或支撐板的最小厚度應(yīng)滿足下表的要求折流板或支撐板的最小厚度應(yīng)滿足下表的要求換熱管外徑換熱管外徑14mm14mm時(shí)時(shí)點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)換熱管外徑換熱管外徑 14mm14mm時(shí)時(shí)拉桿拉桿- -定距管結(jié)構(gòu)定距管結(jié)構(gòu)dndnd+1d點(diǎn)焊d nd nd + 1

38、d點(diǎn)焊dndn折流板的固定折流板的固定3.2.53.2.5防短路結(jié)構(gòu)防短路結(jié)構(gòu)旁路擋板旁路擋板 擋管（或稱假管）擋管（或稱假管）中間擋板中間擋板為了防止為了防止殼程邊緣殼程邊緣介質(zhì)短路介質(zhì)短路圖圖3-25 擋管結(jié)構(gòu)擋管結(jié)構(gòu)1. 1.旁路擋板旁路擋板折流板折流板旁路擋板旁路擋板旁路擋板可用旁路擋板可用鋼板鋼板或或扁鋼扁鋼制成，其厚度一般與制成，其厚度一般與折流板相同。折流板相同。旁路擋板嵌入折流板槽內(nèi)，并旁路擋板嵌入折流板槽內(nèi)，并與折流板焊接與折流板焊接。殼體公稱直徑殼體公稱直徑DN500mm時(shí)，增設(shè)一對(duì)旁路擋板；時(shí)，增設(shè)一對(duì)旁路擋板； DN = 500mm時(shí)，增設(shè)二對(duì)擋板時(shí)，增設(shè)二對(duì)擋板； D

39、N1000mm時(shí)，增設(shè)三對(duì)旁路擋板時(shí)，增設(shè)三對(duì)旁路擋板。分程隔板槽背面兩管板之間設(shè)置分程隔板槽背面兩管板之間設(shè)置兩端堵死的兩端堵死的管子管子，即擋管；，即擋管；擋管擋管與換熱管規(guī)格相同與換熱管規(guī)格相同，與折流板點(diǎn)焊固定，與折流板點(diǎn)焊固定也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替擋管每隔擋管每隔3 34 4排換熱管設(shè)置一根，但不設(shè)置排換熱管設(shè)置一根，但不設(shè)置在折流板缺口處在折流板缺口處2. 2.檔管檔管防防止止管管間間短短路路圖圖 擋管結(jié)構(gòu)擋管結(jié)構(gòu)中間擋板中間擋板圖圖3-26 中間擋板中間擋板3. 3.中間擋板中間擋板U U形管束中心部分存在較大間隙形管束中心部

40、分存在較大間隙 ，防止管間短路；，防止管間短路；中間擋板一般與折流板點(diǎn)焊固定；中間擋板一般與折流板點(diǎn)焊固定；中間擋板的數(shù)量中間擋板的數(shù)量: : DN500mmDN500mm時(shí)，設(shè)置時(shí)，設(shè)置1 1塊擋板；塊擋板； 500mmDN1000mm500mmDN1000mm時(shí)，設(shè)置時(shí)，設(shè)置2 2塊擋板塊擋板 DN1000mmDN1000mm時(shí)，設(shè)置不少于時(shí)，設(shè)置不少于3 3塊擋板塊擋板根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，或?yàn)榛驗(yàn)樵龃髿こ塘黧w傳熱系數(shù)增大殼程流體傳熱系數(shù)，也可將換熱器殼程也可將換熱器殼程分為多程的結(jié)構(gòu)。分為多程的結(jié)構(gòu)。3.2.6 3.2.6 殼程分程殼程分程2022-1-12Qust 管殼

41、式換熱器設(shè)計(jì)59管板設(shè)計(jì)u管板是管殼式換熱器的主要部件之一，在高參數(shù)管板是管殼式換熱器的主要部件之一，在高參數(shù)大型化的條件下，管板的材料供應(yīng)、加工工藝、生大型化的條件下，管板的材料供應(yīng)、加工工藝、生產(chǎn)周期是整臺(tái)設(shè)備的決定性因素；產(chǎn)周期是整臺(tái)設(shè)備的決定性因素；u管板關(guān)聯(lián)太多的部件，其合理設(shè)計(jì)是整臺(tái)換熱器管板關(guān)聯(lián)太多的部件，其合理設(shè)計(jì)是整臺(tái)換熱器優(yōu)化的前提和基礎(chǔ)，但是其受力非常復(fù)雜，世界各優(yōu)化的前提和基礎(chǔ)，但是其受力非常復(fù)雜，世界各國都非常重視和尋求先進(jìn)合理的管板設(shè)計(jì)方法。國都非常重視和尋求先進(jìn)合理的管板設(shè)計(jì)方法。美國的美國的TEMATEMA；英國的英國的BS1500BS1500日本的日本的JIS

42、JIS 各國的管板設(shè)計(jì)公式盡管形式各異，但其大體各國的管板設(shè)計(jì)公式盡管形式各異，但其大體上是分別在以下上是分別在以下三種基本假設(shè)的前提三種基本假設(shè)的前提下得出的下得出的將管板看成周邊支承條件下承受均布載荷的圓平將管板看成周邊支承條件下承受均布載荷的圓平板，應(yīng)用板，應(yīng)用平板理論得出計(jì)算公式平板理論得出計(jì)算公式?？紤]到管孔的削?？紤]到管孔的削弱，再引入弱，再引入經(jīng)驗(yàn)性的修正公式經(jīng)驗(yàn)性的修正公式。將管子當(dāng)作管板的固定支撐而管板是受管子支撐著將管子當(dāng)作管板的固定支撐而管板是受管子支撐著的圓平板。的圓平板。管板的厚度取決于管板上不布管區(qū)的范管板的厚度取決于管板上不布管區(qū)的范圍。實(shí)踐證明這種公式適用于各種

43、薄管板的計(jì)算。圍。實(shí)踐證明這種公式適用于各種薄管板的計(jì)算。將管板視為在廣義彈性基礎(chǔ)上承受均布載荷的多將管板視為在廣義彈性基礎(chǔ)上承受均布載荷的多孔圓平板，孔圓平板，既把圓平板簡(jiǎn)化為受到規(guī)則排列的管孔既把圓平板簡(jiǎn)化為受到規(guī)則排列的管孔削弱、同時(shí)又被管子加強(qiáng)的等效彈性基礎(chǔ)上的均質(zhì)削弱、同時(shí)又被管子加強(qiáng)的等效彈性基礎(chǔ)上的均質(zhì)等效圓平板。等效圓平板。 一一.管板設(shè)計(jì)的基本考慮管板設(shè)計(jì)的基本考慮GB151GB151管殼式換熱器管殼式換熱器 a. a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用布管區(qū)布管區(qū)不布管區(qū)不布管區(qū) b. b.管板周

44、邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響按其面積簡(jiǎn)化為按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)形實(shí)心板圓環(huán)形實(shí)心板管板邊緣的應(yīng)力下降管板邊緣的應(yīng)力下降管板管板靠近中央部分的靠近中央部分的布管區(qū)布管區(qū)靠近周邊處較窄的靠近周邊處較窄的不布管區(qū)不布管區(qū) c. c.不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器, , 管板邊緣有不同形式的連管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根接結(jié)構(gòu)，根 據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、封頭、墊片等元件對(duì)管板邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用；封頭、墊片等元件對(duì)管板邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用； 不同連接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟有所不同不同連接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟有所不同確定危險(xiǎn)工況的基本

45、原則：確定危險(xiǎn)工況的基本原則：如果不能保證換熱器殼程壓力如果不能保證換熱器殼程壓力p ps s與管程壓力與管程壓力p pt t在任何情況在任何情況 下都能同時(shí)作用，則不允許以殼程壓力和管程壓力的壓差下都能同時(shí)作用，則不允許以殼程壓力和管程壓力的壓差 進(jìn)行管板設(shè)計(jì)。進(jìn)行管板設(shè)計(jì)。如果如果p ps s和和p pt t之一為負(fù)壓時(shí)，則應(yīng)考慮壓差的危險(xiǎn)組合。之一為負(fù)壓時(shí)，則應(yīng)考慮壓差的危險(xiǎn)組合。管板是否兼作法蘭等不同結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)工況組合也不同。管板是否兼作法蘭等不同結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)工況組合也不同。二二.管板設(shè)計(jì)的基本考慮管板設(shè)計(jì)的基本考慮對(duì)于固定管板換熱器，管板分析時(shí)應(yīng)考慮下列危險(xiǎn)工況對(duì)于固定管板換熱器，管板

46、分析時(shí)應(yīng)考慮下列危險(xiǎn)工況只有殼程壓力只有殼程壓力p ps s ，而管程壓力，而管程壓力p pt t=0=0，不計(jì)熱膨脹差；，不計(jì)熱膨脹差；只有管程壓力只有管程壓力p pt t ，而殼程壓力，而殼程壓力p ps s =0 =0，不計(jì)熱膨脹差；，不計(jì)熱膨脹差；只有管程壓力只有管程壓力p pt t ，而殼程壓力，而殼程壓力p ps s =0 =0，同時(shí)考慮熱膨脹差。，同時(shí)考慮熱膨脹差。只有殼程壓力只有殼程壓力p ps s ，而管程壓力，而管程壓力p pt t=0=0，同時(shí)考慮熱膨脹差；，同時(shí)考慮熱膨脹差；在固定管板換熱器中，當(dāng)管板應(yīng)力超過許用在固定管板換熱器中，當(dāng)管板應(yīng)力超過許用應(yīng)力時(shí)，為滿足要求，

47、采用兩種方法調(diào)整：應(yīng)力時(shí)，為滿足要求，采用兩種方法調(diào)整：增加板厚度增加板厚度a)降低殼體軸向剛度，如設(shè)置膨脹節(jié)降低殼體軸向剛度，如設(shè)置膨脹節(jié)管板設(shè)計(jì)時(shí)的考慮管板設(shè)計(jì)時(shí)的考慮管板設(shè)計(jì)的輔助軟件管板設(shè)計(jì)的輔助軟件管板的計(jì)算十分復(fù)雜，盡管管板的計(jì)算十分復(fù)雜，盡管GB151提供了便提供了便于工程應(yīng)用的計(jì)算式和圖標(biāo)，但手算工作量于工程應(yīng)用的計(jì)算式和圖標(biāo)，但手算工作量很大，為此，我國已開發(fā)了包括管殼式換熱很大，為此，我國已開發(fā)了包括管殼式換熱器在內(nèi)的化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件，器在內(nèi)的化工設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件，SW6包括包括了管板的設(shè)計(jì)與校核。了管板的設(shè)計(jì)與校核。壓力容器設(shè)計(jì)軟件包壓力容器設(shè)計(jì)軟件包l SW過程設(shè)備

48、強(qiáng)度計(jì)算軟件包過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件包，以下簡(jiǎn)稱，以下簡(jiǎn)稱SW6-98。該軟件包是國標(biāo)。該軟件包是國標(biāo)GB150鋼制壓力容器鋼制壓力容器；GB151鋼制管殼式換熱器鋼制管殼式換熱器；GB12333鋼制球鋼制球形儲(chǔ)罐形儲(chǔ)罐；JB4710鋼制塔式容器鋼制塔式容器；JBxxxx鋼鋼制臥式容器制臥式容器及及HG20582鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定算規(guī)定為編制依據(jù)。他的運(yùn)行環(huán)境為為編制依據(jù)。他的運(yùn)行環(huán)境為WINDOWS系統(tǒng)，此軟件在運(yùn)行過程中直觀，方便、靈活。系統(tǒng)，此軟件在運(yùn)行過程中直觀，方便、靈活。l 該軟件包含了該軟件包含了10個(gè)設(shè)備計(jì)算程序，每個(gè)設(shè)備計(jì)算個(gè)設(shè)備計(jì)算程序，每個(gè)設(shè)備計(jì)算程

49、序既可進(jìn)行設(shè)備的程序既可進(jìn)行設(shè)備的整體計(jì)算整體計(jì)算，也可以進(jìn)行該設(shè)，也可以進(jìn)行該設(shè)備中某一個(gè)零部件的備中某一個(gè)零部件的單獨(dú)計(jì)算單獨(dú)計(jì)算。壓力容器設(shè)計(jì)軟件包壓力容器設(shè)計(jì)軟件包SW6-98軟件內(nèi)容軟件內(nèi)容SW6-98軟件有軟件有10個(gè)設(shè)備級(jí)計(jì)算程序，一個(gè)零部件個(gè)設(shè)備級(jí)計(jì)算程序，一個(gè)零部件計(jì)算程序和一個(gè)用戶材料數(shù)據(jù)庫管理程序。每個(gè)計(jì)算程序和一個(gè)用戶材料數(shù)據(jù)庫管理程序。每個(gè)計(jì)算程序有對(duì)應(yīng)的一組圖標(biāo)，只要點(diǎn)擊圖標(biāo)就能計(jì)算程序有對(duì)應(yīng)的一組圖標(biāo)，只要點(diǎn)擊圖標(biāo)就能使某個(gè)程序運(yùn)行。使某個(gè)程序運(yùn)行。SW6-98對(duì)一種設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)文件都規(guī)定一個(gè)后對(duì)一種設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)文件都規(guī)定一個(gè)后綴名。綴名。10個(gè)設(shè)備計(jì)算程序和

50、一個(gè)零部件計(jì)算程序的后綴名見下表程序計(jì)算內(nèi)程序計(jì)算內(nèi)容容輸入數(shù)據(jù)文輸入數(shù)據(jù)文件名后綴名件名后綴名程序計(jì)算內(nèi)程序計(jì)算內(nèi)容容輸入數(shù)據(jù)文輸入數(shù)據(jù)文件名后綴名件名后綴名塔設(shè)備.col浮頭式換熱器.efe帶夾套立式容器（帶或不帶攪拌）.rec填函式換熱器.efe.hpv高壓設(shè)備臥式容器.htk球形儲(chǔ)罐.sph固定管板換熱器.fix非圓形容器.ncvU形管換熱器.uex零部件.par2022-1-12Qust 管殼式換熱器設(shè)計(jì)74（2）厚度的確定）厚度的確定 管板厚度管板厚度n由下列幾種情況確定：由下列幾種情況確定：（1）管板按公式計(jì)算的厚度或）管板按公式計(jì)算的厚度或GB151規(guī)定的最小厚度（規(guī)定的最小厚

51、度（）中大者，加上結(jié)構(gòu)開槽深度（殼程腐蝕裕量小于結(jié)構(gòu)開槽中大者，加上結(jié)構(gòu)開槽深度（殼程腐蝕裕量小于結(jié)構(gòu)開槽深度），再加上分程隔板槽深度（管程腐蝕裕量小于分程深度），再加上分程隔板槽深度（管程腐蝕裕量小于分程隔板槽深度）（圖隔板槽深度）（圖1）；）； （2）管板按公式計(jì)算的厚度或）管板按公式計(jì)算的厚度或GB151規(guī)定的最小厚度（規(guī)定的最小厚度（）中大者，加上殼程腐蝕裕度（殼程腐蝕裕量大于結(jié)構(gòu)開槽中大者，加上殼程腐蝕裕度（殼程腐蝕裕量大于結(jié)構(gòu)開槽深度），再加上分程隔板槽深度（管程腐蝕裕量小于分程深度），再加上分程隔板槽深度（管程腐蝕裕量小于分程隔板槽深度）（圖隔板槽深度）（圖2）；）； 圖1 圖2

52、 2022-1-12Qust 管殼式換熱器設(shè)計(jì)75 （3）管板按公式計(jì)算的厚度或）管板按公式計(jì)算的厚度或GB151規(guī)定的最小厚度（規(guī)定的最小厚度（）中大者，加上結(jié)構(gòu)開槽深度（殼程腐蝕裕量小于結(jié)構(gòu)開槽深中大者，加上結(jié)構(gòu)開槽深度（殼程腐蝕裕量小于結(jié)構(gòu)開槽深度），再加上管程腐蝕裕度（管程腐蝕裕量大于分程隔板槽度），再加上管程腐蝕裕度（管程腐蝕裕量大于分程隔板槽深度）（圖深度）（圖1）；）； （4）管板按公式計(jì)算的厚度或）管板按公式計(jì)算的厚度或GB151規(guī)定的最小厚度（規(guī)定的最小厚度（）中大者，加上殼程腐蝕裕度（殼程腐蝕裕量大于結(jié)構(gòu)開槽深中大者，加上殼程腐蝕裕度（殼程腐蝕裕量大于結(jié)構(gòu)開槽深度），再加上

53、管程腐蝕裕度（管程腐蝕裕量大于分程隔板槽度），再加上管程腐蝕裕度（管程腐蝕裕量大于分程隔板槽深度）（圖深度）（圖2）。）。 也就是管板厚度等于：管板按公式計(jì)算的厚度或也就是管板厚度等于：管板按公式計(jì)算的厚度或GB151規(guī)規(guī)定的最小厚度（定的最小厚度（）中大者加上殼程腐蝕裕量或結(jié)構(gòu)開槽深）中大者加上殼程腐蝕裕量或結(jié)構(gòu)開槽深度中大者加上管程腐蝕裕量或分程隔板槽深度中大者。度中大者加上管程腐蝕裕量或分程隔板槽深度中大者。圖2圖1 （1 1）ANSYS ANSYS 軟件在管板計(jì)算中的應(yīng)用越來越多；軟件在管板計(jì)算中的應(yīng)用越來越多； （2 2）也存在著一些小問題。）也存在著一些小問題。 四四.有限元在管板

54、設(shè)計(jì)時(shí)的發(fā)展有限元在管板設(shè)計(jì)時(shí)的發(fā)展 高流速得到高的傳熱系數(shù)，但高流速得到高的傳熱系數(shù)，但壓降也會(huì)很高，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生磨蝕壓降也會(huì)很高，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生磨蝕；但又需要保持足夠高的流速，防止任何懸浮物沉淀、減少結(jié)垢。但又需要保持足夠高的流速，防止任何懸浮物沉淀、減少結(jié)垢。 對(duì)于液體：對(duì)于液體： 管側(cè)：過程流體管側(cè)：過程流體:1-2m/s:1-2m/s；水；水:1.5-2.5m/s:1.5-2.5m/s；如需防垢則最大；如需防垢則最大4m/s4m/s。 殼程：殼程：0.3-1 m/s0.3-1 m/s； 氣體流速由工作壓力與流體密度決定；氣體流速由工作壓力與流體密度決定； 真空：真空： 50-70m/s50

55、-70m/s；大氣壓；大氣壓:10-30m/s:10-30m/s；高壓：；高壓：5-10m/s5-10m/s；四四.管程與殼程流速的選擇管程與殼程流速的選擇 換熱器管束無法組裝是常見的換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問換熱器管束無法組裝是常見的換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。為此，題。為此，有必要了解換熱器管束的組裝方法有必要了解換熱器管束的組裝方法。 管束作為一個(gè)部件是管束作為一個(gè)部件是專門設(shè)置工作地點(diǎn)組裝的專門設(shè)置工作地點(diǎn)組裝的。對(duì)于固定管板的列管式換熱器，組裝方法根據(jù)折對(duì)于固定管板的列管式換熱器，組裝方法根據(jù)折流板的直徑不同存在以下幾種組裝方法。流板的直徑不同存在以下幾種組裝方法。先將一塊管板豎直放置，將拉桿擰好；然

56、后依次套上定先將一塊管板豎直放置，將拉桿擰好；然后依次套上定距管及折流板和支持板；最后用螺母將他們定住；距管及折流板和支持板；最后用螺母將他們定?。粰z查其相對(duì)位置無誤，并校正這個(gè)骨架的形狀之后，依檢查其相對(duì)位置無誤，并校正這個(gè)骨架的形狀之后，依次穿入各換熱管；次穿入各換熱管；然后整個(gè)管束套入筒體，并在筒體另一端裝上另一塊管然后整個(gè)管束套入筒體，并在筒體另一端裝上另一塊管板；將管子引入這塊管板的孔中；校正管板與筒體的相板；將管子引入這塊管板的孔中；校正管板與筒體的相對(duì)位置和焊接間隙后，作定位焊，隨即焊完焊縫。對(duì)位置和焊接間隙后，作定位焊，隨即焊完焊縫。進(jìn)行管端與管板的聯(lián)接。進(jìn)行管端與管板的聯(lián)接。

57、當(dāng)折流板當(dāng)折流板直徑不超過直徑不超過1400mm1400mm時(shí)時(shí)，管束在筒體外進(jìn)行，管束在筒體外進(jìn)行臥式組裝，即明穿工藝，組裝步驟如下：臥式組裝，即明穿工藝，組裝步驟如下：將第一管板與設(shè)備筒體對(duì)好后將第一管板與設(shè)備筒體對(duì)好后作定位焊作定位焊。在筒體上算出中間各折流板的位置。一塊一塊把折流板裝在筒體上算出中間各折流板的位置。一塊一塊把折流板裝入筒體中，同時(shí)在管板和折流板孔中穿入入筒體中，同時(shí)在管板和折流板孔中穿入1010根或略少一些根或略少一些的基準(zhǔn)管。的基準(zhǔn)管。折流板間距要符合圖紙要求，折流板與筒體內(nèi)折流板間距要符合圖紙要求，折流板與筒體內(nèi)面用電焊定位。面用電焊定位。當(dāng)折流板當(dāng)折流板直徑達(dá)到直

58、徑達(dá)到1600mm1600mm以上以上的管束一般采用在設(shè)備的管束一般采用在設(shè)備筒體內(nèi)裝配，即暗穿工藝。筒體內(nèi)裝配，即暗穿工藝。組裝步驟如下：組裝步驟如下：全部折流板與支持板都裝好后，裝上第二塊管全部折流板與支持板都裝好后，裝上第二塊管板，并進(jìn)行定位焊。板，并進(jìn)行定位焊。安裝時(shí)使基準(zhǔn)管子的端部安裝時(shí)使基準(zhǔn)管子的端部穿過第二管板的孔穿過第二管板的孔。其余管子從管板孔中插入，并穿過焊在筒體內(nèi)其余管子從管板孔中插入，并穿過焊在筒體內(nèi)的各折流板。管子插滿后，從第一列開始，從的各折流板。管子插滿后，從第一列開始，從插入方向把管子推到管板里去。先用壓縮空氣插入方向把管子推到管板里去。先用壓縮空氣吹掃管板的孔

59、后，再使管子就位。吹掃管板的孔后，再使管子就位。 由于孔的不同心和管子的撓曲，需要在管端塞由于孔的不同心和管子的撓曲，需要在管端塞進(jìn)一個(gè)進(jìn)一個(gè)導(dǎo)向錐才能順利穿管導(dǎo)向錐才能順利穿管。管子越長，穿管。管子越長，穿管越困難，需采用越困難，需采用立式穿管立式穿管。但立式組裝管束需。但立式組裝管束需要高大的廠房及升降工作臺(tái)。一般制造廠不一要高大的廠房及升降工作臺(tái)。一般制造廠不一定都具備這種條件。定都具備這種條件。注意如圖所示，預(yù)先制造幾塊支持板，其如圖所示，預(yù)先制造幾塊支持板，其管孔大小和位置都與管孔大小和位置都與管板一樣管板一樣，將他們與平臺(tái)組成一個(gè)組裝架，用拉桿保持各，將他們與平臺(tái)組成一個(gè)組裝架，用

60、拉桿保持各支持板的距離，平臺(tái)應(yīng)放置在同一水平面上。支持板的距離，平臺(tái)應(yīng)放置在同一水平面上。分段后退組裝法，安裝步驟如下：分段后退組裝法，安裝步驟如下：將所有的管子穿過組裝架，并插入換熱器左管板。將所有的管子穿過組裝架，并插入換熱器左管板。再在筒體內(nèi)放入兩塊折流板，用拉桿固定，將管再在筒體內(nèi)放入兩塊折流板，用拉桿固定，將管子逐根向右推入這兩塊折流板。都推完后，在裝子逐根向右推入這兩塊折流板。都推完后，在裝兩塊折流板。兩塊折流板。再將管子向右推一段距離再將管子向右推一段距離。如此反復(fù)進(jìn)行，直到全部折流板裝好。如此反復(fù)進(jìn)行，直到全部折流板裝好。最后組焊最后組焊右側(cè)管板與筒體右側(cè)管板與筒體，并將管子引