双管板u形换热器设计

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1、双管板U形换热器设计（江苏德邦工程有限公司南京211153）摘要：换热器是炼油、化工行业生产中的重要设备，针对双管板U型换热器的设计实例，对设计过程中换热器结构、型式、选材、强度计算及检验进行介绍。关键词：换热器双管板设计检验引言：换热器作为一类重要的化工特种设备，被广泛应用于炼油、化工行业中，据统计，换热器占总设备量和设备投资的40%左右【1】。换热器的主要作用是维持或改变介质的操作温度或相态，从而使热量在不同温度的介质之间进行传递，以达到工艺操作的要求。换热器结构型式有很多种，虽然管壳式换热器在传热效率、结构紧凑性等方面不如一些新型高效紧

2、凑式换热器，但它具有明显的特点,即结构紧固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成木低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便、且能承受较高的操作压力和温度，使其成为目前使用最广泛的类型。根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。木文将结合某项目中一具体的双管板U形换热器的设计，对换热器的选型、选材、排管方式、折流板形式等进行介绍。如图1所示：换热器结构形式的选择U形管式换热器在换热器中是唯一适用于适用于高温、高压和高温差的换热器。U形管式换热器異有以下优点【2】：（1）.U形管尾端

3、可以自由浮动，无须考虑温差应力，可用于高温差的场合；（2）.只有一块管板，法兰数量少，结构简单且泄漏点少，制造成本低；（3）.可以进行抽芯清洗。综上，本设备应选用U形管式结构。同时，考虑介质影响，为了禁止管壳程介质混合，产生强腐蚀性的盐酸或次氯酸，对设备造成更严重的腐蚀，本设备采用双管板结构。设备详细设计换热器材质选择（1）.换热器受压元件用钢应同吋考虑容器的使用条件（设计温度、设计压力、介质特性和操作特点等）、材料的性能（力学性能、工艺性能、化学性能和物理性能）、容器的制造工艺、经济合理性（材料的价格、制造费用）以及设计使用寿命。（2）.换

4、热器受压元件的钢号及其标准、附加技术要求、限定范围（压力和温度等）及许用应力、无损检测等均应符合GB150.2-2011及其附录的规定。（3）管板与换热管的材质需要有一定的硬度差，一般管板比换热管硬度高HB20-HB30.最好是采用强度等级较高的材料作管板，强度等级较低的材料作换热管【3】。综上，本设备所用钢板材料选择09MnNiDR;换热管材质选用09MnD;管板及设备法兰材质选用09MnNiD,锻件级别为III级。换热器管箱结构设计换热器的前段管箱宜设计成如图2所示的封头管箱结构，此结构明显的优点是：制造简单，造价较低，便于换热器管箱污垢

5、的清理，且安全性较高。2.3管板、换热管、折流板设计2.3.1管板厚度计算在双管板换热器中，换热管的端部的管板成为外管板，在距换热管端部较近位置的管板成为内管板。本设备的内外管板结构形式均为GB151中的a型，即，管板通过螺柱、垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。通过对管板中心径向力、边缘处径向力、法兰力矩、换热管轴向应力等综合校核【1】，得出管板名义厚度为82mm，考虑结构尺寸，外管板名义厚度取82mm，外管板名义厚度取97mm。如图3所示：图3管板结构示意2.3.2换热管排列形式设计：换热管常用的排列形式有，三角形和正方形。三角形排列的管外不易

6、清洗，适应于壳程介质较清洁，不易结垢i换热管外不需要清洗的固定管板换热器；正方形排列便于管外清洗，一般多用于需对换热管外进行清洗的浮头式换热器或U形管式换热器。本设备换热管选用正方形排列，如图4所示：图4换热管排列示意图2.3.3换热管与管板的连接：换热管与管板的连接方式有胀接、焊接、胀焊并用等型式。对于双管板结构，换热管与外管板宜采用强度焊或强度胀，换热管与内管板宜采用强度胀。本设备换热管与外管板采用强度焊+贴胀，换热管与内管板采用强度胀，如图5所示：图5换热管与管板连接形式2.3.4折流板设计：设置折流板的0的是为了提高壳程流体的流速，增

7、加湍动程度，以改善传热，同吋减少结垢。折流板常用形式有单弓形、双弓形、三弓形及圆盘-圆环形等。单弓形折流板为最常见的形式，其形式简单，但压降较大；当壳程介质流量较大吋宜采用双弓形折流板，因流体分为两股流动，在折流板之间的流速相冋吋，.其间距只有单弓形的一半，不仅减少传热死区，而iL提高传热效率【2】。本设备折流板选用双弓形，如图6所示：图6折流板排列形式制造、检验与验收为确保换热器安全、可靠的运行，应对设备的制造及成品按相关标准规范进行检验与验收，合格后方可投入使用。3.1热处理GBA151规定，碳素钢、低合金钢制的管箱，焊有分程隔板吋，应进

8、行消除应力热处理。故，此设备的管箱应进行消除应力热处理，管箱法兰及隔板的密封面热处理后进行精加工。3.2检验与验收(1)材料的检验和验收09MnNiDR钢板符合GB