中石化洛陽設計院換熱器配管設計

中石化洛陽設計院換熱器配管設計本設計手冊適用于管殼式及套管式熱交換器的管道布置。有關空冷式換熱器（空冷器）的管道布置不在本手冊之列。有關一樣的事項要參照PDS320-1-11《管道布置設計總則》2換熱器種類按結構分類管殼式換熱器（1）浮頭式換熱器如圖 2.1（a），傳熱管也稱管束和擋板裝配在兩側的管板上，但管束一端的管板（固定管板）用殼體一端的法蘭固定，另一端的管板在殼體內不固定，因此殼體和傳熱管可按照流體溫度自由膨脹。另外，這種換熱器可將管束從殼體內抽出清掃及檢修。該型式的特點如下：傳熱管的內外都能清掃，適用容易產生污垢的流體，因此使用范疇廣泛。因為傳熱管和殼體都能自由膨脹，因此在溫差大的情形下也能使用。從1）、2）可知，這種結構的換熱器可適用于各種設計操作條件，通用性最大。但其缺點是由于結構專門復雜，制造成本高。U形管式換熱器如圖2.1（b），使用的傳熱管為 U形管，傳熱管與殼體分開，可分別隨流體的溫度自由膨脹。另外，能將管束全部抽出清掃及檢修，與浮頭式換熱器結構相同，但浮頭式換熱器因為是直管、管內也容易清掃，而 U形管式換熱器的管束為U形管，管內清掃困難。U形管熱器的特點如下：自由膨脹因為能夠抽出管束，因此也能方便地清掃管外壁。適用于高壓流體，高壓流體在管內流淌，則使承壓部分少，減輕重量。結構簡單，由于管板和殼體法蘭少，因此制造較簡單。固定管板式換熱器如圖2.1(C),是將管板焊接在殼體兩端。殼程流體與管程流體的溫度差使傳熱管和殼體產生較大的，熱應力，固此，管程與殼程流體溫差較大時需要在殼體上安裝伸縮節(jié)吸取熱膨脹。該形式的換熱器殼側的清掃，檢修及修理困難，因此要求流體腐蝕性少，產生污垢少。固定管板式的特點如下：1)最適用于殼體及傳熱管溫差小，污垢少、熱膨脹差小介質和場所。2)作為立式的管式換熱器，其用途廣泛。(4)釜式換熱器如圖2.1(d),殼體內上部設有適于蒸汽的空間，同時也作為蒸汽空間，該空間的大小按照蒸汽性質決定，估算時一樣殼體大直徑為殼體小直徑的1.5?2倍。液面高度一樣比最上部管至少高50mm。具特點如下：1)作為余熱鍋爐具結構是專門簡單的。2)為取得廉價蒸汽而被廣泛使用。3)管束可做成浮頭式或U形管式，因此也能適用于較贓流體、高壓流體。(Q)浮關式挾熱身IrTLJ □旦I（C）固定管版式換熱器一 L__JL—LJI——J r—i—t…i一r-'r-t…t一li：:1:：:::：二1id。（D）釜式換熱器uI口（1）殼體（2）殼體蓋（3）管箱側的殼體法蘭（4）殼體側的殼體法蘭（5）殼體管嘴（6）浮動管板（7）浮頭頭蓋（8）浮頭法蘭（9）浮頭墊片（10）固定管板（11）管箱（12）管箱頭蓋（13）管箱管嘴（14）垃桿及定距管（15）擋板及支持板（16）緩沖板（17）折流板（18）排氣口（19）排液口（20）外表接口（21）支座（22）鉤圈（23）傳熱管（24）擋板

（25）液面計接口（26）殼體管嘴 （27）管箱接口法蘭（28）U形管（29）密封墊板圖2.1各種多管園筒式換熱器（管殼式換熱器）普籍理丸克體理武性箱卻才如R松隼利港埠4部具小曲式制關管班整體頭BTI奢直直沸琳子因明停頭寸抻式浮吳LTTE閻崖替根與管板制成件1曾兼及可就英Jt其布奴⑨房板的忒恒先體T±騎收分V；冏定普杭T/n與畛機制成一冬為管萊晟可布矢壬I就分工試后定甘布工號片^IF特殊譽生領勢X橫幼小帶外貴時浮頭管依T-普籍理丸克體理武性箱卻才如R松隼利港埠4部具小曲式制關管班整體頭BTI奢直直沸琳子因明停頭寸抻式浮吳LTTE閻崖替根與管板制成件1曾兼及可就英Jt其布奴⑨房板的忒恒先體T±騎收分V；冏定普杭T/n與畛機制成一冬為管萊晟可布矢壬I就分工試后定甘布工號片^IF特殊譽生領勢X橫幼小帶外貴時浮頭管依T-圖2.2管殼式換熱器的名稱構造一覽表2.1.2套管式換熱器（套管或夾套式）由于可采納高低溫流體逆流換熱，因此熱效率高，構造簡單。另外具有僅用增減內管、套管的根數，則可任意改變傳熱面積的優(yōu)點。因為傳熱面積大，因此與管殼式換熱器相比價格較高。1）固定式內外管端因是焊接，因此外管側的清掃困難，不能吸取由于內外管側溫差所造成的熱應力。但具有構造簡單，價格廉價，制造方便等優(yōu)點。（圖2.3）2）馬蹄型套管式（發(fā)夾型，U型）內管能抽出，如此內外管均可清掃，另外，可按照內外管溫差使內外管自由膨脹。內管使用翅片管（圖2.4）①傳熱管②傳熱管法蘭 ③支持片 ④180°彎頭⑤180°彎頭法蘭⑥套管⑦套管管嘴⑧套管管嘴法蘭⑨支架⑩U形螺栓圖2.3套管固定式換熱器（1）傳熱管（內管，傳熱管）（2）縱向翅片（3）管接頭螺栓（聯(lián)接螺紋）（4）近接頭螺母（聯(lián)接外螺紋）（5）管接頭螺母（聯(lián)接螺母）（6）傳熱管法蘭（內管法蘭）（7）套管（8）套管管嘴（9）套管管嘴法蘭（10）套管法蘭 （11）套管蓋（12）密封墊板（13）雙頭螺栓（14）填料箱（15）填料（16）壓蓋（17）支架圖2.4套管馬蹄型（發(fā)夾型，U型）換熱器2.2按使用分類按照使用用途分，有以下兩種情形，一種是僅加熱或冷卻，即不引起流體相變化，另一種是按照加熱或冷卻進行蒸發(fā)或凝聚，即引起流體相變化。使用的種類名稱一樣以用途分類（1）加熱器是加熱流體升到所需溫度，以提升流體溫度為目的而使用的一種換熱器，不引起被加熱流體的相變化。熱源為蒸汽和裝置中的余熱。一樣使用蒸汽作為熱源時，往往將蒸汽所具有的潛熱加熱給被加熱流體，蒸汽為此凝聚變?yōu)橐后w，即引起相變化。2）予熱器是以加熱流體使流體溫度上升為目的，在這一點與加熱器相同，但它是根下一步操作要求對流體予熱而使用的一種換熱器。3）過熱器是以加熱流體溫度上升為目的，在這一點與加熱器相同，但它是進一步加熱流體，為使其達到過熱狀態(tài)而使用的一種換熱器，流體一樣是汽態(tài)。4）蒸汽發(fā)生器是加熱液體給與潛熱，使之蒸發(fā)，以產生蒸汽為目的換熱器。5）重沸器是將裝置里凝聚的液體重新加熱使之蒸發(fā)為目的而使用的換熱器。按使用目的有以下兩種重沸器，一是只將產生的蒸汽送出為目的而使用的換熱器，二是將產生的汽液混合物送出為目的而使用的換熱器。（6）冷卻器是將流體冷卻到所需溫度，以降低流體溫度為目的而使用的一種換熱器，被冷卻流體不產生相變。冷源可用河水，井水，海水等，但當冷卻水不足時，常使用空氣冷卻器。(7)深冷器冷卻流體使流體溫度降低為目的，是與冷卻器相同，深冷卻器是使流體冷卻到冰點以下極低溫為目的而使用的一種換熱器。冷源使用液態(tài)氨，液態(tài)氟里昂等冷媒，從被冷卻流體中取氣化熱，由液體變?yōu)闅怏w、即發(fā)生相變化。(8)冷凝器是冷卻汽體，取出潛熱使之液化為目的的換熱器。被冷卻流體從氣體變?yōu)橐后w，即發(fā)生相變化。使蒸汽冷凝變成水的換熱器稱為復水器。(9)純冷凝器是冷凝器的一種，是將全部冷凝性氣體冷凝液化為目的而使用的換熱器(10)部分冷凝器冷凝器的一種，是將部分冷凝性氣體冷凝液化為目的的換熱器。一樣使部分冷凝液回流以調整蒸儲塔操作等。(11)換熱器是狹義的換熱器，使兩種流體進行熱交換。它是使一種流體被加熱的同時，另一種流體被冷卻，以此為目的而使用的一種換熱器。3換熱器的布置安裝形式單臺臥式布置 單臺換熱器臥式布置的形式見圖3.1。圖3.1兩臺重疊臥式布置這種布置形式對節(jié)約占地面積和縮短連接配管是效的。 (1)兩臺同類換熱器的重疊布置見圖3.2。￥!jllw圖3.2(2)兩臺不同類型換熱器的重疊布置見圖 3.3圖3.3(3)立式重沸器如圖3.4、圖3.5所示。從塔體引出支架，進行布置，或布置在地面支架上。布置在塔體支架上時方法要與設備設計負責人協(xié)商。圖3.4 圖3.5圖塔支撐的場臺獨立闔撐場臺3.2布置位置（1）工藝沒有限制要求時，換熱器一樣布置在地面上盡量低的基礎上。（2）有工藝要求等場合，將換熱器布置在規(guī)定高度的地面基礎上或框架上，作為例子，可考慮下述事項。（a） 使用釜式重沸器和立式重沸器場合（b） 換熱器出入口幾乎沒有有效壓力差，只靠重力流淌來冷卻及冷凝的場合（C） 在地面上沒有布置換熱器的空間時。3.3設置高度（1） 在地上及框架上的設置高度在地面和在框架上布置的換熱器基礎高度，由換熱器下側排放管所需尺寸決定（參照圖3.63.7）即H（換熱器基礎高度）=W+X+Y+ZW=法蘭+彎頭Y=排放管尺寸（參照圖3.8）X=管半徑 Z=排放管距地面（平臺面）的距離（MIN150）然而，換熱器的基礎高度有時需要在一定范疇內取齊，所示表3.1中數值是基礎的最低高度，應予以注意。另外，有保溫，保冷的場合，還要考慮排放管保溫、保冷厚度，操作無障礙。型］ 等1口Ml5笛框架k 1 7川IUJ家門圖3.8詳圖1、設尺寸“A”（中心線至鞍式支座底）與尺寸“B”（中心接管法蘭面）相同。2、設排放閥尺寸為API1602的閘閥SW（A型承插焊一扣閥）表表3.1換熱器基礎高度D(in)直徑CLASS法蘭等級Hmm型式A型式B型式C215030060055060065031503006006006507004150300600650700700750750800615030060080085090081503006009009509501000100010501015030060010001050105011001100115012150300600115012001250A.B.C型表示放凝管的型式參照圖3.6,3.7,3.8?？蚣苌系膿Q熱器高度必須按照管道布置和閥門操作等決定 ，但距管箱側或者殼體側下面管嘴的配管直截了當穿過平臺的情形下 ，換熱器的安裝高度原則上距平臺至少150mm，即換熱器底座與梁之間至少要有 150mm墊板厚度（圖3.9）

圖3.9(a)為確保管嘴法蘭的螺栓安裝空間(b)若沒設置墊板，如圖3.10換熱器的定位螺栓與梁腹部相接觸,(梁為H型或者工字型時)無從生根。1\1基礎高度的群組化同一高度的基礎對施工是有利的，從防止施工誤差來講，要在可能范疇內統(tǒng)一基礎高度。統(tǒng)一的范疇是原則上以上1200mm以內的高度為宜EL」曰如ELHJ5E

EL」曰如ELHJ5E如1硝盛停A■更圖3.11(2)臥式重沸器的安裝高度釜式重沸器等要求工藝安裝給定高度，如圖3.12所示安裝在高基礎上或小?I什?i 昌即世■■A-工」三,框架上，重沸器的配管設計圖完成后，要由工藝設計人校對配管的壓力缺失及再次確認塔與重沸器的相對高度。(3)立式重沸器的安裝高度立式重沸器的安裝高度可按照它與塔的N.L(正常液面)的相對高度決定。塔的N.L與重沸器的相對高度關系要依據工藝提出的托付資料。有關立式重沸器的支撐方法，應充分注意以下事項。用3.1(3)項的圖3.4及圖3.5的立式重沸器安裝狀態(tài)?？芍胤衅鞯钠喑隹谧熳优c塔的入口嘴子差不多上直截了當相連來。這是為了盡量減少壓降和有效利用空間。但由于重沸器的支撐方法，可能會產生較大的熱應力。減少熱應力的一樣方法如下。(a)采納在A與B尺寸之間盡量不產生膨脹差的支撐立式重沸器的方法。(b)由于C尺寸的伸長而阻礙重沸器出口管嘴及塔的入口管嘴?？蓪⒅胤衅鞯陌惭b螺栓孔作成長園孔來減少阻礙。(c)C、D尺寸間的膨脹差在D部采納彎曲管道減少熱應力。(d)配管設計完成后，要由工藝設計負責人校對配管壓力缺失及再次確認塔與重沸器的相對高度。史式重飾器3史式重飾器33.4布置(1)換熱器的間距一樣換熱器周圍，外表類等附件專門少，要緊是考慮閥門的操作，與其它設備相比，能用較小的間距進行布置。兩臺并列換熱器的間距，殼體法蘭之間最小為600mm,有管道時其最小間距也要保持600mm。在換熱器側面布置閥門，調劑閥和外表時，為了操作及修理，應確保最小600mm的間距。(2)換熱器的排例多臺換熱器的排列原則上是使管程嘴子對齊。如此配管連接不僅美觀。而且對冷凝器等，也利于冷卻水管道的布置。

(a)||】|舊巾b)固定管板式換熱器的布置，除管嘴要左右對稱外、檢修空間不設置在要緊位置，布置換熱器要有利于配管設計重沸器的布置重沸器的布置，要緊考慮下述事項

(a)要保證抽出管束的空間(b)抽管束時要容易拆卸螺栓，關于立式重沸器，要考慮平臺的安裝位置。 (c)要考慮能夠吸取配管的熱應力(d)對塔的檢修必須無阻礙 (e)在敷塔管管道之間不要布置重沸器3.5換熱器的檢修空間臥式換熱器的檢修空間管箱蓋板、管箱及外頭蓋的折卸，安裝所需空間應給予保證。(a)圖3.19①?⑧空間是作為修理空間，要盡量保證。U型管換熱器，不需要⑥?⑧空間。法蘭連接，能夠拆卸配管的場合，使用上圖①?⑦的空間為好。(c)不得已的情形下，應確保①②和③④及⑥⑦中任何一項。(d)為不阻礙抽出套管式換熱器管束，要保證如圖3.20所示抽芯空(2)為拆卸管箱蓋板，管箱及外頭蓋，使用吊耳所需空間如以下平面圖及視圖所示，利用吊耳起吊管箱蓋板，管箱及外頭蓋,地面上的換熱器要靠吊車等起吊。框架上的換熱器，靠吊車、吊車梁起吊,進行拆卸和安裝。在對起吊無阻礙的前提下決定配管的位置。U型管換熱隔，因為沒有外頭蓋，因此不必考慮相應的空間。-rh———rb-nmTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"-"ij ~-111T~ /簿兼產商丁仁】好言? -BA~|叩 小7) 二. 7 ?MUIW \o"CurrentDocument"I p.-節(jié)匯：.電炒,E}——圖3.21為了保持管箱起吊平穩(wěn)吊耳的位置要靠近法至側4.1.24.1.2逆流A-A視圖B-BA-A視圖B-B視圖C-C視圖3.22（3）框架上換熱器的檢修空間按照上換熱器的檢修空間，要按 3.5.1（1）項及5.1項給予保證。換熱器的管箱蓋板、管箱、外頭蓋拆卸及管束的抽出，一樣使用吊車或吊車梁，因此在換熱器的上部要確保使用吊車或吊車梁所需要空間。使用吊車梁的空間參照5.4項。3.5.2立式重沸器的檢修空間，在進行設備及管道布置時，要充分考慮以下事項：1） 立式重沸器的種類2） 立式重沸器的布置形式（靠塔支撐依舊布置在框架上，請參照3.1.2項（ 3））3） 檢修方法4） 檢修用的機械或者設備（吊車、吊車梁等）4換熱器的嘴子方位為了不損壞換熱器的原有性能，而且也為了節(jié)約管道，有必要研究是否更換嘴子的方位，以下是有關換熱器嘴子方位變更的例子。另外，有關嘴子位置改變，要與設備設計負責人及工藝設計負責人進行協(xié)商，確認不阻礙換熱器的性能和結構。關于換熱器的嘴子方位變更的差不多考慮方法。殼程側的流體與管程側的流體。用冷卻水、烴類（氣體及液體）或者化學流體冷卻的場合，冷卻水通過管側。使殼程的流體受管程側和大氣中空氣的兩面冷卻，提升換熱效率。高壓流體通過管程側，低壓流體通過殼程側，殼程側可選用較薄的壁厚，這是經濟的。一樣將含雜質的不清潔流體通過殼程側。熱交換的兩種流體逆流換熱成效優(yōu)于順流。專門對單程的換熱器具有明顯成效。4.1.3重力流按照單純的物理現(xiàn)象，高溫流體向上方運動，低溫流體向下方運動,換熱器也利用分這種原理。流體通過換熱器時，產生了物理變化，也就產生蒸發(fā)，凝聚等變化，這是專門重要的。然而，通過換熱器的流體，為液體或者非凝聚性氣體，末必如此，按照上述原則，冷卻器的冷卻水入口和重沸器的工藝介質入口均應在底部，出口在頂部。蒸汽是從頂部管嘴進入,從底部排出冷凝水。冷凝器也應同樣考慮來決定管嘴方位。另外，關于大量汽體冷凝的情形，應讓蒸汽在具有充分空間（與管內狹小空間相比）的殼程中進行冷凝。4.2換熱器嘴子位置變更舉例。二」」不變更嘴子位置只改變流體的出入方向。如上圖4.1與左面的例子相比，右面則為節(jié)約配管的簡化布置。 該例子中包含有改換管程和殼程流體情況（許多均合下管程與殼程為同種流體）改變嘴子位置，匚在上圖4.2,換熱器的殼程進出口嘴子分別在靠近管箱側和靠近外頭蓋側，右側圖相反，調換進出口既節(jié)約高等級管道，又減壓降。管嘴做成彎頭管嘴一樣換熱器的管嘴是直管+法蘭，若更換為彎頭+法蘭這種管嘴,如圖4.3這是既降低了換熱器及管道的安裝高度，又方便了閥門和外表操作。圖4.34.2.4將管嘴安裝成一定角度圖4.4將4.2.3項中彎頭加法蘭的這種管嘴水平旋轉， 這是為了有利確保管線走向和換熱器的檢修空間。在對稱的位置上更換管嘴（圖4.5）I圖4.55構架規(guī)劃二層以上換熱器框架規(guī)劃，規(guī)定如下。若僅為拆卸換熱器法蘭的螺栓，不管在地上依舊框架上都不單設平臺。5.1 平臺大小原則上按圖5.1決定平臺的大小

圖5.1A=MIN（管箱蓋法蘭外徑尺寸+500mm）B=MIN（外頭蓋法蘭外徑尺寸+500mm。U型管式換熱器為C尺寸C二為操作、檢修空間，最小600mm（參照3.4項（1））柱的位置換熱器長度方向換熱器軸線方向的柱位置，如圖5.2所示的線上（①?⑥）任何一個。①外頭蓋側平臺末端②在基礎和外頭蓋側平臺末端③基礎位置（靠近外頭蓋）④基礎架位置（靠近管箱）⑤在基礎和管箱側平臺末端之⑥管箱側平臺末端置,圖換熱器軸線方向的柱位置，如圖5.2所示的線上（①?⑥）任何一個。①外頭蓋側平臺末端②在基礎和外頭蓋側平臺末端③基礎位置（靠近外頭蓋）④基礎架位置（靠近管箱）⑤在基礎和管箱側平臺末端之⑥管箱側平臺末端置,圖5.2按照確定的換熱器軸線方向的柱位置,因此在決定柱位置時，要注意以下事項決定垂直于換熱器方向梁的位（1）充分考慮穿平臺管管的布置（2）保證平臺最大懸臂長度小于2500mm,確保5.1（1）充分考慮穿平臺管管的布置（2）保證平臺最大懸臂長度小于2500mm,確保5.1項的A及B尺2500mm,因此要進行充分研究。I AS-E?串聯(lián)(圖串聯(lián)(圖6.3)圖圖5.4模樣布置(一)圖5.3(3)罐等與換熱器布置在同一平臺上時，要盡量將罐基礎盡量與換熱器的基礎布置在同一梁上。(4)除布置在管架上外，因為圖5.2中的柱位置①和⑥的框架結構是不經濟的，因此原則上不采納。垂直于換熱器方向垂直于換熱器方向的柱子位置由以下事項決定。確保5.1項C尺寸確保構架下設備布置和操作、檢修等所需的空間。梯子5.5、5.5、原則上梯子與換熱器平行布置，從檢修側上。(見圖5.4、

圖5.6模樣布置（三）吊車梁高度及大小框架上換熱器檢修吊車梁的高度及大小，應按照圖5.7及5.8決定。尺寸B、C及E參照PDS320-1-11《管道布置設計總則6配管設計換熱器管道

連接管殼式換熱器的要緊配管(圖6.1)(1)管程側頂部管嘴的配管(2)管程側底部管嘴的配管(3)殼程側頂部管嘴的配管(4)殼程側底部管嘴的配管換熱器本體各管嘴位置參照圖2.1,流淌方向按照換熱器的使用目的決定，因此要用P&ID圖及設備圖(或者草圖)進行確認 .連接套管式換熱器的重要配管 (圖6.2)(1)內管(入口及出口)的配管~下 —」(2)套管側頂部管嘴的配管(3)套管側底部管嘴的配管 二一換熱器本體上各管嘴位置參照圖2.3 圖2.4流淌方向按照換熱器的使用一目的決定，P&ID圖及設備圖(或者草圖)3進行確認 '"三串聯(lián)和并聯(lián)1臺換熱器容量不足的情形下，將2?6臺或者更多的換熱器作為一組進行使用，將若干臺換熱器成組布置的方法有串聯(lián)和并聯(lián)兩種。

-iz匚.二：a) 2臺串聯(lián)b)3臺串聯(lián)c)4臺串聯(lián)(2)并聯(lián)(圖6.4)換熱器的并聯(lián)布置，原則一采納不產生偏流的管道對稱管道布置。(有關對稱管道布置參照6.6項(6))a) 2臺并聯(lián) I(j b)3臺并聯(lián)圖6.4(3)串聯(lián)和并聯(lián)換熱器既有串聯(lián)又有并聯(lián)時的管道布置，與(2)項相同，在并聯(lián)部分采納不引起偏流的對稱式管道布置。(有關對稱管道布置參照6.6項(6))a)b)2組并聯(lián)3a)b)2組并聯(lián)3組串聯(lián)2組并聯(lián) 2組串聯(lián)D-表表6.1表表6.1圖6.5c)3組并聯(lián)2組串聯(lián)c)3組并聯(lián)2組串聯(lián)匚廠圖6.66.2浮頭式換熱器的管道走向將連接浮頭式換熱器（AES、BES型的兩管程以上）各管嘴的配管走向與配管條件（配管連接方向及有無切斷閥及各自配管的檢修，操作，管道支架等的注意事項一起表示在6.2.1?6.2.7項。從連接各管嘴的配管形狀中，選出最佳形狀管系組合。將其列表在6.2.8項中，供參考。連接管程側頂部

ND.以管形狀對臥形狀除外（圖中糧專見66.7事的鈕）配管條件H首連接■方向?瞞落AJ廠rd)-(3 '與換粘鼻躺戰(zhàn)平行方向（架空管也無/C--:))A2今尸 (.弓換物署軸線平行方向《窠空管曲無7ZL J/(Z0V7—/A.3父s"二嚴t與攪密雄鼬境直直向方中《架空管電兌X7.. 0J- J1一4.4:力) 0與換易器粕域或克角方