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换热器设计思路及相关知识

一、前言

换热器分类：

管壳式换热器根据结构特点可分为下列两类。

1.刚性结构的管壳式换热器：这种换热器又成为固定管板式，通常可分为单管程和多管程

两种。它的优点是结构简单紧凑、造价便宜和应用较广；缺点是管外不能进行机械清洗。

2.具有温差补偿装置的管壳式换热器：它可使受热部分自由膨胀。该结构形式又可分成：

①浮头式换热器：这种换热器的一端管板能自由伸缩，即所谓“浮头”。他适用于管

壁和壳壁温差大，管束空间经常清洗。但它的结构较复杂，加工制造的费用较高。

②U形管式换热器：它只有一块管板，因此管子在受热或冷却时，可以自由伸缩。

这种换热器的结构简单，但制造弯管的工作量较大，且由于管子需要有一定的弯曲半

径，管板的利用率较差，管内进行机械清洗困难，拆换管子也不容易，因此要求通过

管内的流体是清洁的。这种换热器可用于温差变化大，高温或高压的场合。

③填料函式换热器：它有两种形式，一种是在管板上的每根管子的端部都有单独的

填料密封，以保证管子的自由伸缩，当换热器内的管子数目很少时，才采用这种结构，

但管距比一般换热器要大，结构复杂。另一种形式是在列管的一端与外壳做成浮动结

构，在浮动处采用整体填料函密封，结构较简单，但此种结构不易用在直径大、压力

高的情况。填料函式换热器现在很少采用。

二、设计条件的审查：

1.换热器的设计，用户应提供一下设计条件（工艺参数）：

①管、壳程的操作压力（作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供）

②管、壳程的操作温度（进口/出口）

③金属壁温（工艺计算得出（用户提供））

④物料名称及特性

⑤腐蚀裕量

⑥程数

⑦换热面积

⑧换热管规格，排列形式（三角形或正方形）

⑨折流板或支撑板数量

⑩保温材料及厚度（以便确定铭牌座伸出高度）

⑾油漆:Ⅰ.如用户有特殊要求，请用户提供牌号，颜色

Ⅱ.用户无特殊要求，设计人员自己选定

2.几个重点设计条件

①操作压力：作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供

②物料特性：如用户不提供物料名称则必须提供物料的毒性程度。

因为介质的毒性程度关系到设备的无损监测、热处理、锻件的级别

对于上类设备，还关系到设备的划分

a.GB15010.8.2.1(f)图样注明盛装毒性极度危害或高度危害介质的

容器100%RT.

b.10.4.1.3图样注明盛装毒性为极度或高度危害介质的容器，应进行焊后热处理（奥氏体

不锈钢的焊接接头可不进行热处理）

c.锻件.使用介质的毒性为极度或高度危害性的锻件应符合Ⅲ级或Ⅳ级要求。

③管规格：

常用的碳钢φ19×2，φ25×2.5，φ32×3，φ38×5

不锈钢φ19×2，φ25×2，φ32×2.5，φ38×2.5

换热管的排列形式：三角形，转角三角形，正方形，转角正方形。

★换热管间需要机械清洗时，应采用正方形排列。

三、基本设计参数的确定

1．设计压力，设计温度，焊接接头系数

2．直径：DN400的圆筒，采用钢管。

DN≥400的圆筒，采用钢板卷制。

16”钢管与用户商量采用钢板卷制。

3．布置图：

根据换热面积、换热管规格画布置图，确定换热管数量。

如果用户提供了布管图，也要复核布管是否在布管限定圆以内。

★布管的原则：

①在布管限定圆内应布满管。

②多管程的各管程数应尽量相等。

③换热管应对称排列。

4．材料

强调以下两点：

①换热器圆筒的碳素钢、低合金钢钢管应采用无缝钢管。

符合GB1501998附录A4.2的奥氏体不锈钢焊接钢管，可用做换热器圆筒。

其使用范围有一些限制：

a.焊接钢管应采用不添加填充金属的自动电弧焊或电阻焊焊接方法制造。

b.技术要求符合A4.2.1：壁厚允许偏差为±12.5%，弯曲度不大于1.5㎜/m,逐根进行涡流或

射线检测，逐根进行水压实验。

c,使用规定按A4.2.2；

设计压力不大于6.4Mpa;