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1、雙管板U形換熱器設(shè)計（江蘇德邦工程有限公司南京211153）摘要：換熱器是煉油、化工行業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，針對雙管板U型換熱器的設(shè)計實例，對設(shè)計過程中換熱器結(jié)構(gòu)、型式、選材、強(qiáng)度計算及檢驗進(jìn)行介紹。關(guān)鍵詞：換熱器雙管板設(shè)計檢驗引言：換熱器作為一類重要的化工特種設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于煉油、化工行業(yè)中，據(jù)統(tǒng)計，換熱器占總設(shè)備量和設(shè)備投資的40%左右【1】。換熱器的主要作用是維持或改變介質(zhì)的操作溫度或相態(tài)，從而使熱量在不同溫度的介質(zhì)之間進(jìn)行傳遞，以達(dá)到工藝操作的要求。換熱器結(jié)構(gòu)型式有很多種，雖然管殼式換熱器在傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性等方面不如一些新型高效緊
2、湊式換熱器，但它具有明顯的特點(diǎn),即結(jié)構(gòu)緊固、可靠性高、適應(yīng)性廣、易于制造、處理能力大、生產(chǎn)成木低、選用的材料范圍廣、換熱表面的清洗比較方便、且能承受較高的操作壓力和溫度，使其成為目前使用最廣泛的類型。根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為固定管板式、浮頭式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五類。木文將結(jié)合某項目中一具體的雙管板U形換熱器的設(shè)計，對換熱器的選型、選材、排管方式、折流板形式等進(jìn)行介紹。如圖1所示：換熱器結(jié)構(gòu)形式的選擇U形管式換熱器在換熱器中是唯一適用于適用于高溫、高壓和高溫差的換熱器。U形管式換熱器異有以下優(yōu)點(diǎn)【2】：（1）.U形管尾端
3、可以自由浮動，無須考慮溫差應(yīng)力，可用于高溫差的場合；（2）.只有一塊管板，法蘭數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡單且泄漏點(diǎn)少，制造成本低；（3）.可以進(jìn)行抽芯清洗。綜上，本設(shè)備應(yīng)選用U形管式結(jié)構(gòu)。同時，考慮介質(zhì)影響，為了禁止管殼程介質(zhì)混合，產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性的鹽酸或次氯酸，對設(shè)備造成更嚴(yán)重的腐蝕，本設(shè)備采用雙管板結(jié)構(gòu)。設(shè)備詳細(xì)設(shè)計換熱器材質(zhì)選擇（1）.換熱器受壓元件用鋼應(yīng)同吋考慮容器的使用條件（設(shè)計溫度、設(shè)計壓力、介質(zhì)特性和操作特點(diǎn)等）、材料的性能（力學(xué)性能、工藝性能、化學(xué)性能和物理性能）、容器的制造工藝、經(jīng)濟(jì)合理性（材料的價格、制造費(fèi)用）以及設(shè)計使用壽命。（2）.換
4、熱器受壓元件的鋼號及其標(biāo)準(zhǔn)、附加技術(shù)要求、限定范圍（壓力和溫度等）及許用應(yīng)力、無損檢測等均應(yīng)符合GB150.2-2011及其附錄的規(guī)定。（3）管板與換熱管的材質(zhì)需要有一定的硬度差，一般管板比換熱管硬度高HB20-HB30.最好是采用強(qiáng)度等級較高的材料作管板，強(qiáng)度等級較低的材料作換熱管【3】。綜上，本設(shè)備所用鋼板材料選擇09MnNiDR;換熱管材質(zhì)選用09MnD;管板及設(shè)備法蘭材質(zhì)選用09MnNiD,鍛件級別為III級。換熱器管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計換熱器的前段管箱宜設(shè)計成如圖2所示的封頭管箱結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)明顯的優(yōu)點(diǎn)是：制造簡單，造價較低，便于換熱器管箱污垢
5、的清理，且安全性較高。2.3管板、換熱管、折流板設(shè)計2.3.1管板厚度計算在雙管板換熱器中，換熱管的端部的管板成為外管板，在距換熱管端部較近位置的管板成為內(nèi)管板。本設(shè)備的內(nèi)外管板結(jié)構(gòu)形式均為GB151中的a型，即，管板通過螺柱、墊片與殼體法蘭和管箱法蘭連接。通過對管板中心徑向力、邊緣處徑向力、法蘭力矩、換熱管軸向應(yīng)力等綜合校核【1】，得出管板名義厚度為82mm，考慮結(jié)構(gòu)尺寸，外管板名義厚度取82mm，外管板名義厚度取97mm。如圖3所示：圖3管板結(jié)構(gòu)示意2.3.2換熱管排列形式設(shè)計：換熱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，適應(yīng)于殼程介質(zhì)較清潔，不易結(jié)垢i換熱管外不需要清洗的固定管板換熱器；正方形排列便于管外清洗，一般多用于需對換熱管外進(jìn)行清洗的浮頭式換熱器或U形管式換熱器。本設(shè)備換熱管選用正方形排列，如圖4所示：圖4換熱管排列示意圖2.3.3換熱管與管板的連接：換熱管與管板的連接方式有脹接、焊接、脹焊并用等型式。對于雙管板結(jié)構(gòu)，換熱管與外管板宜采用強(qiáng)度焊或強(qiáng)度脹，換熱管與內(nèi)管板宜采用強(qiáng)度脹。本設(shè)備換熱管與外管板采用強(qiáng)度焊+貼脹，換熱管與內(nèi)管板采用強(qiáng)度脹，如圖5所示：圖5換熱管與管板連接形式2.3.4折流板設(shè)計：設(shè)置折流板的0的是為了提高殼程流體的流速，增
7、加湍動程度，以改善傳熱，同吋減少結(jié)垢。折流板常用形式有單弓形、雙弓形、三弓形及圓盤-圓環(huán)形等。單弓形折流板為最常見的形式，其形式簡單，但壓降較大；當(dāng)殼程介質(zhì)流量較大吋宜采用雙弓形折流板，因流體分為兩股流動，在折流板之間的流速相冋吋，.其間距只有單弓形的一半，不僅減少傳熱死區(qū)，而iL提高傳熱效率【2】。本設(shè)備折流板選用雙弓形，如圖6所示：圖6折流板排列形式制造、檢驗與驗收為確保換熱器安全、可靠的運(yùn)行，應(yīng)對設(shè)備的制造及成品按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行檢驗與驗收，合格后方可投入使用。3.1熱處理GBA151規(guī)定，碳素鋼、低合金鋼制的管箱，焊有分程隔板吋，應(yīng)進(jìn)
8、行消除應(yīng)力熱處理。故，此設(shè)備的管箱應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，管箱法蘭及隔板的密封面熱處理后進(jìn)行精加工。3.2檢驗與驗收(1)材料的檢驗和驗收09MnNiDR鋼板符合GB
