淺談列管式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張巖

摘要：工業(yè)設(shè)計(jì)中列管式換熱器具有不可替代的作用，同時(shí)伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在迎合世界主流的基礎(chǔ)上各種換熱器也爭先涌現(xiàn)，然而換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)卻是一個(gè)復(fù)雜的過程，從管束、蓋板、各部位技術(shù)條件等等都需要有大量計(jì)算和安排作為支撐。本文則以相關(guān)技術(shù)理論作為支持對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出一二，希望能夠獲得對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加深刻的認(rèn)知。

關(guān)鍵詞：列管式換熱器;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);傳熱系數(shù)

一、設(shè)計(jì)的既定假設(shè)條件

1.對(duì)甘油和冷卻水的要求

在設(shè)計(jì)中甘油和冷卻水是最基本的材料，為使此次設(shè)計(jì)能達(dá)到一個(gè)較好的效果，本文對(duì)甘油和冷卻水的條件進(jìn)行了如下假設(shè)：

1.1對(duì)甘油的要求

1.1.1處理量： 10～15kg/s

1.1.2壓強(qiáng)降：<101.3kPa

1.1.3流入管口溫度：100～120℃

1.1.4流出管口溫度：40～50℃

1.2對(duì)冷卻水的要求

1.2.1壓強(qiáng)降：<101.3kPa

1.2.2流入管口溫度：20～25℃

1.2.3流出管口溫度：30～35℃

2.設(shè)計(jì)中應(yīng)完成的任務(wù)

需完成設(shè)計(jì)任務(wù)如下：

按照設(shè)計(jì)的既定條件選用合適的換熱器型號(hào)，測(cè)算壓力降和換熱面積是否符合要求，完成殼體和管道以及殼體和管板之間的連接設(shè)計(jì)，計(jì)算出折流板的數(shù)目等。

3.設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循的原則

3.1符合操作及工藝的要求

3.2符合經(jīng)濟(jì)的實(shí)際要求

3.3符合安全生產(chǎn)要求

二、設(shè)計(jì)流程

1.管束和管殼的分程設(shè)計(jì)

1.1管束分程

一般情況下，換熱器內(nèi)部管束的增加會(huì)導(dǎo)致傳熱系數(shù)以及管內(nèi)流速的降低，此時(shí)我們可以對(duì)管束分程。也就是說，可以在換熱器管箱內(nèi)安置隔板，需要注意的是要避免溫差應(yīng)力。

1.2殼程分程

在本文中，考慮到制造過程中的一些阻礙，管束分程<2。

2.傳熱管的選擇

在本文設(shè)計(jì)中所設(shè)定的換熱器傳熱系數(shù)是不高的，因此選擇異型管對(duì)傳熱進(jìn)行加強(qiáng)，從而令傳熱膜的相關(guān)系數(shù)提高。關(guān)于管子選擇方面應(yīng)以當(dāng)前我國現(xiàn)有管長規(guī)則作為參照物，避免相關(guān)浪費(fèi)。

3.傳熱管的布置

換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)管子進(jìn)行排列設(shè)計(jì)，需要在換熱器截面上安排緊致且均勻，同時(shí)對(duì)流體的性質(zhì)以及制造方面也要充分考慮到。管子可以具體按照三角形形狀進(jìn)行排列，三角形排列緊密且緊湊是很好的排列方式。

4.管板的選擇

換熱管和分隔管程、殼程這些如果不固定那就可能會(huì)導(dǎo)致一些事故，因此可以選擇管板來對(duì)其固定。管板材料的選擇需要抗腐蝕材料，此外，可以選擇用薄型管板來承受高溫高壓，還可以致使相關(guān)溫差應(yīng)力的作用降低以及承受高壓以及滿足機(jī)械應(yīng)力的要求。

5.傳熱管和管板的連接

當(dāng)我們將固定管板式列管式換熱器的連接處要承受住一定軸向力考慮在內(nèi)時(shí)，可以選擇一些焊接措施這樣就可以避免因溫差變化大所導(dǎo)致的熱應(yīng)力令管子分離的事故發(fā)生。

6.折流板的設(shè)計(jì)

關(guān)于折流板，我們先要考慮到如何令對(duì)流傳熱系數(shù)提高從而令傳熱效果更加優(yōu)越，此時(shí)我們需要將折流板納入設(shè)計(jì)思路中。一般情況下，圓缺形擋板很容易形成死區(qū)，同時(shí)反而產(chǎn)生流體阻力，對(duì)傳熱并不利。一般而言切口的高度和直徑的比為：0.15～0.45，其中0.20和0.25兩種比較常見。經(jīng)計(jì)算切去的圓缺的高度為270mm，折流板數(shù)為29。

7.殼體直徑和厚度的設(shè)計(jì)

基于計(jì)算出的管數(shù)、管徑、管中心距和管子的實(shí)際排列方法等，并用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。為了將管子均勻排列，防止流體走‘短流”，可適當(dāng)增減一些管子。

8.固定管子的方法

通常情況下采取焊接和脹接的方式將管子固定在管板上。選擇這些方法的原則就是必須保證管子和管板能夠牢固地連接在一起并且使得連接處不產(chǎn)生泄漏。

9.材料的選擇

換熱器材料的選擇不可隨便選，必須充分考慮到換熱器所處的環(huán)境，以及流體腐蝕性等。一般材料并不具備優(yōu)越的機(jī)械性能以及抗腐蝕性，因此處于腐蝕性流體中很容易毀壞。對(duì)此，材料的選擇是非常關(guān)鍵的。

三、總結(jié)

換熱器其實(shí)在我們生活中是很常見的，為了更加符合現(xiàn)代社會(huì)的需求，本文對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，提高認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李頂付，陳欣，趙文，賴祎.一種固定列管式雙管板換熱器制造控制要點(diǎn)[J].石油和化工設(shè)備，2021，24（03）：63-65.

[2]范繼珩，林力，駱楓，梁毅，趙艷華.開孔折流板對(duì)列管式換熱器傳熱性能的影響研究[J].壓力容器，2020，37（02）：41-50.

[3]何家祥，張立君，邱偉.石油化工裝置列管式換熱器檢維修技術(shù)探討[J].化學(xué)工程與裝備，2020（02）：191-192.

[4]陳曉彥，黃云云，張朱武，黃永曙.模擬分析殼程結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)纏繞管式換熱器綜合性能的影響[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，48（01）：110-115.

[5]高安泰，李福星.繞管換熱器在高溫高壓氣田的創(chuàng)新應(yīng)用[J].海洋工程裝備與技術(shù)，2019，6（S1）：110-115.