固定式双管板换热器的设计方法

固定式双管板换热器的设计方法

郭世娟1李方2

郭世娟1李方2

1.连云港沃利帕森工程技术有限公司南京分公司江苏南京210000；2.南京麦驰钛业有限公司江苏南京210000

[摘要]双管板换热器的使用越来越普及，但是双管板换热器的设计在标准里并没有明确的说明,这样就要求设计者必须在设计过程中根据双管板换热器在操作以及设计工况对其进行设计,在没有成熟的设计标准的情况下,本文针对双管板换热器的管板受力情况并结合一些设计经验进行详细的设计说明。

[关键词]固定式换热器；双管板；积液程；管程；壳程；苛刻工况

在换热器的设计中，若管程和壳程中的两种介质相混合会引起重大的事故，而双管板换热器的结构可以有效的杜绝这种情况的发生。但是目前由于没有具体的设计标准，因此双管板的设计都是由设计者自己根据自己的理解进行设计的，有些设计方法没有按照双管板在操作工况下的具体受力来设计，导致双管板的设计不准确，由于双管板换热器内部介质的特殊性，因此这样是非常不安全，为以后在设备使用过程中埋下了极大的安全隐患。本文综合各种设计方法，找出一种有效的设计思路，使得双管板的设计更偏于安全。

1双管板换热器的结构介绍

积液程的作用就是把管程和壳程由于双管板换热器的壳程管程之间是由两块管板组成的，由此形成三个程，即管程、壳程、管程管板和壳程管板之间形成积液程。详见见图FIG.1。由于较为苛刻的介质一般在管程，换热管在管程侧管板采用强度焊或强度焊加强度胀的连接方式，壳程侧管板采用强度胀的连接方式，积液程侧硬设计放空口和排净口。

3.具体计算举例

3.1假定设计工况

为了使得管板的设计思路更加清晰准确，现假定一种设计工况，管程的介质是高度危害，根据工艺条件，管程和壳程的介质不能相混合。根据这个要求设计一台双管板的换热器。

壳程管程积液程

操作温度（℃）100～150140～16020

操作压力（MPa）0.30.22atm

设计温度（℃）170180170(1)

设计压力（MPa）0.60.6atm

金属壁温（℃）12015020（2）

注（1）由于在操作中换热管的作用导致这个程的温度不会为常温因此可以考虑为壳程的设计温度，这样会比较苛刻。

（2）由于积液程在设备操作中没有外加的热源，因此在设备操作过程中积液程的壳体金属壁温低于壳程的金属壁温，积液程的换热管的金属壁温低于换热管的金属壁温。

3.2积液程长度的设计按照2.2条计算并且在得到的长度上增加12％。

4管程管板与壳程管板的设计思路

4.1管程管板的设计

将管箱作为管程，积液程作为壳程，其设计压力与设计温度分别按照管程和积液程的设计工况确定，换热管和壳程的金属壁温分别按照管程以及积液程程或壳程的金属最大温差选取。换热管与管板的连接方式采用强度焊加强度胀，在计算中采用强度焊的方式。具体参数选取如下：

管程（原管程）壳程（积液程）

设计压力（MPa）0.60.01

设计温度（℃）180170

金属壁温（℃）15020

换热管的计算长度取整根换热管的长度L。

结论：这种设计方法在计算积液程时没有忽略壳程对积液程的传热，且考虑了管程管板承受的管程和积液程之间的压力以及管程和壳程的最大热应力差。

4.2壳程管板的设计

将积液程作为管程，原壳程作为壳程，其设计压力与设计温度分别按照壳程和积液程工况设计，换热管和壳程金属壁温分别按照原管程与原壳程的金属壁温，换热管与管板采用强度胀，在计算中同样采用强度胀。具体参数如下：

管程（积液程）壳程（原壳程）

设计压力（MPa）0.010.6

设计温度（℃）170170

金属壁温（℃）150120

换热管的计算长度取整根换热管的长度L1。

结论：壳程管板在实际操作中承受了积液程和壳程的压力以及温度，和壳程长度的热应力。将壳程管板的受力都考虑到了。

4.3总结

在以上的各种设计校核方法中取管板厚度的较大者作为最终的设计厚度。由于以上的设计校核思路过于严谨和保守可能导致计算出来的管板厚度很厚，不经济，这是需要以后在设计中不断摸索新的计算方法来不断修正的，但是无论如何应从安全的角度考虑，充分的认识到管板在操作中商铺承受的各种载荷，使得设计时能够考虑到，是设备更加安全，计算更加合理，以及更加经济。

参考文献

[1]GB151-1999,管壳式换热器

[2]秦叔经，叶文邦，化工设备设计全书-换热器[M]，北京：化学工业出版社，2002，65-68，110-155

[3]TubularExchangerManufacturersAssociation，NinthEdition

作者简介：郭世娟（1978-），女，汉，本科，工程师，从事化工设备设计，化工机械工程技术等相关工作。