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管壳式热交换器设计常见问题浅析（2015年5月）管壳式热交换器在工业应用中非常广泛，尤其在化工、石油、食品等行业。然而，在其设计过程中常常遇到一些常见的技术挑战和设计难题。
1.流体阻力问题：管壳式热交换器的设计需要考虑流体流动对系统的影响，包括压降与传热效率之间的平衡。高流速可能会增加压力损失，从而影响设备的性能和运行成本；而过低的流速则可能导致传热效率下降。
2.腐蚀与材料选择：在不同的工业环境中，介质可能具有腐蚀性或含有固体颗粒。因此，在设计时需要选用合适的管材和壳体材料以抵抗潜在的腐蚀和磨损问题。
3.结垢与清洗：某些工况下绿城_青岛绿城理想之城项目整合推广提案_151ppt，流体会携带杂质导致管内形成沉积物（即结垢），这会严重影响传热效率并增加维护成本。定期清洁是必要的，但频繁的停机清洗又会影响生产效率。
4.温度控制精度：对于需要严格控温的应用场景，如制药、精细化工等，如何确保两侧介质间的精确热量交换成为关键设计因素之一。
5.空间与安装要求：在有限的空间内高效布置热交换器，同时满足操作维护需求，是设计时必须考虑的问题。此外，还需要考虑到运输和安装过程中的实际尺寸限制。
综上所述，管壳式热交换器的设计需要综合考量多种因素，并通过合理的工艺流程和技术手段来克服上述挑战，以实现高效、可靠的工作表现。
三、管壳式换热器材料选取
1、管程2、管板3、壳程4、其他
四、管壳式换热器结构设计
1、管程1）布管换热管的布置排列是管壳式换热器设计中非常重要的环节，必须考虑以下因素：a.换热管排列形式。换热管排列形式：GB/T151P17图示正三角排列（30°）、转角正三角形排列（60°）、转角正方形排列（45°）、正方形排列(90°)四种。图中流向箭头表示壳程物料横向流动方向，箭头方向是与折流板缺边垂直的。设计中的换热管排列图，应据设计条件要求的排列形式和折流板缺边位置进行排列。
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
c.排管区域，即布管限定圆直径。——管束最外层换热管外壁与壳体内表面间的最小距离B固定管板、U形管换热器，取B=b3。b3为换热管外径的0.25倍，且8mm。浮头换热器，B=b+b1+b2，b、b1、b2按GB/T151中6.3.1.3规定。——换热器的管束最外层换热管的限定圆尺寸为：
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
管程分程原则：①应尽量使各管程换热管数大致相等，其相对误差（△N）应控制在10%以内，最大不得超过20%。②分程隔板槽形状简单，以利加工，密封面长度较短，减少泄漏和用料。注意：——当管程流体进、出口温度变化很大时，应尽量避免流体温差较大的两部分管束相邻，否则管束与管板中将产生很大的温差应力，容易引起换热管变形或拉脱等故障。根据经验，管程温差以不超过20℃为宜，程数小于4时，采用平行的隔板更为有利。——对于4管程的分法，有平行、工字、十字形三种。一般为了接管方便，选用平行分法较合适，同时平行分法亦可使管箱内残液放尽。工字形排列法的优点是比平行法密封线短，而且可排列更多的换热管，而十字形排列法更适用于4管程的U形管式换热器，但相邻管程间温差较大，并接管为非径向接管，且需另设放空、排净口（如图所示）。
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
e.壳程进出口位置。排管后应满足GB/T151中6.8.1.2P29规定的流通面积的要求。GB/T151中6.8.1.2规定:壳程进口或出口区域面积As和管束进口或出口区域面积At应使ρv^2值不超过5950kg/(m·s^2)”（与老标准相比，删除了As和At应不小于进、出口接管截面积）。此处v是按As和At的计算流体速度，即v=Q/（ρAs),v=Q/（ρAt)。(Q为流量)
四、管壳式换热器结构设计
GB/T151附录JP225中：As和At计算公式可见：由As可确定管束上方或防冲板上方自由高度平均值h，即确定了管束上方的最高一层换热管的位置。由At可确定进口或出口处折流板间距，即确定了第一块折流板的位置。（尤其对于壳程进口管较大的情况，必须要核算As和At）
四、管壳式换热器结构设计
f.换热管与防冲板间的距离。（钢制列管式固定管板换热器结构设计手册P51）换热管外表面与邻近防冲板表面的距离，一般取为6mm（如图所示）。g.管束的排管范围，就是在布管限定圆范围内扣除e和f所要求部分的整个范围。注：对于U形管、浮头式换热器要考虑留出下部滑道的空间。2）换热管排列原则a.换热管排列，应符合设计条件中规定的换热管排列形式和折流板缺边位置的要求。b.换热管排列，应在排管范围内排满管子，并尽可能使整个管束对称。c.换热管排列出的管子数量，应满足设计条件中换热面积的要求。如果排列出的管子数量，超过换热面积的要求的数量，则可在壳程接管进出口部位适当减少管排；如果排列出的管子数量，小于换热面积的要求的数量，且又超过工艺专业允许的范围，则应考虑设置导流筒等。
四、管壳式换热器结构设计
d.多管程换热器的换热管排列，还应满足下列各条：——换热管排列的分程，应符合设计条件中的分程数量和布置要求。——各程管数应尽可能相等，其相对误差应控制在5～10%以内（换热器直径小时，取较大值）。3）管箱a.常用管箱结构：——平盖管箱：优点——便于清洗管程，清洗时只需要拆开平盖即可，而不必拆卸整个管箱和与管箱相连的管路。缺点——平盖结构用材较多，尺寸较大时需用锻件，提高制造成本，并增加了一道密封的泄漏可能。一般用于压力较低、直径较小（DN≤900）的换热器。——封头管箱：优点——结构简单，便于制造，适于高压、清洁介质，可省掉造价较高的平盖、法兰及紧固件，且椭圆封头受力情况好于平盖。缺点——检查换热管和清洗管箱时必须拆下连接管道和管箱，需要一定的检修空间。但这种形式用的最多。
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
式中：ΔP——隔板两侧的计算压降，MPa。ΔPZ——换热器数据表中允许总压降，MPa。N——管程数。Z——从隔板一侧到另一侧流体的折返次数。确定Z值举例管程数流体流动顺序入口管箱隔板布置返回管箱隔板布置IVVI
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
b.结构布置管箱分程隔板的布置，常用的Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ程，分程隔板布置见GB/T151管程分程布置形式，其布置应与管板上的分程隔板槽相匹配。c.泪孔分程隔板安装后，凡处于水平位置的隔板，在适当位置，应设置一个直径为φ4～8mm的泪孔；处于竖直位置的隔板，当其形成死腔时，应在该隔板与壳体连接的最高和最低点，分别设置半径为R5的半圆孔。设计中往往容易忽视在分程隔板上设置泪孔。该孔有三个作用：泪孔作用，排净液体；平衡作用，平衡两腔的压力；排气作用，水压试验时排净气体。
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
注：1、平盖上的分程隔板槽拐角处倒角尺寸，与管板的要求相同。2、多管程管板上分程隔板槽与管箱分程隔板布置在不同视图（装配图、部件图及零件图）中一定要一致。
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
其中：垂直度允差按下表（要清楚主参数指什么）
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
c.拉杆孔GB/T151P24明确了钻孔深度，如图：新旧标准比较下：注意：如果管板厚度较薄时，拉杆孔会或几乎会钻穿管板。处理方法：可在拉杆孔处管板的背面处加一垫板，或加厚管板。
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
在工程设计中，通常采用强度焊加贴胀结构。GB/T151附录HP220中给出了立式换热器的上管板不允许有积液的场合。注意：换热管与管板接头需进行焊接工艺评定
四、管壳式换热器结构设计
为保证换热管与管板焊接接头的质量，在工程设计中，一般要求对此接头进行MT或PT表面检测。（此焊接接头属于异种钢焊接，按固容规、GB150.4规定此类接头应进行表面检测）。3、壳程1）壳程防冲和导流a.防冲板或导流筒的设置条件GB/T1516.8.1P29：
四、管壳式换热器结构设计
壳程进口管的流体速度v可由壳程流量Q/(ρA)计算得出，此处A应取接管的内截面积。如果设计条件要求的壳程物料进口接管尺寸过大（接管距离管板较远）或条件要求排管数过多，使设置防冲板的空间不够，此时应设置导流筒。b.壳程防冲板的位置和尺寸①壳程防冲板的位置h壳程入口接管处防冲板是为防止物料冲蚀换热管而设置的，防冲板的位置必须保证壳程进口区域面积As使该处ρν2≤5950kg/(m.s2)。（计算较繁琐，可参考下式确定后，在进行核算：式中：di——接管内径h1——接管内径与壳体内径连接处矢高②壳程防冲板尺寸壳程防冲板一般尺寸采用正方形，其边长为接管内径di+50mm。
四、管壳式换热器结构设计
c.防冲板的固定GB/T151P30：注意：GB/T1518.7规定：故防冲板不能焊在换热管上！另：工程设计中常会出现以下情况：图中防冲板的设置在哪种情况下将影响到换热器的组装？
206.虎门执信公园二期基坑支护施工技术(摘录自《广东土木与建筑》06年7月第6-8、27页)四、管壳式换热器结构设计
《化工压力容器设计——方法、问题和要点》
四、管壳式换热器结构设计
四、管壳式换热器结构设计
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四、管壳式换热器结构设计
建筑消防设施基础课程课件四、管壳式换热器结构设计