淺談換熱器設計有關結構要注意的幾個問題

摘 要：本文列舉了換熱器結構設計中易出現的幾個問題，提醒設計者注意。

關鍵詞：換熱器；結構；設計問題

中圖分類號：TE974 文獻標識碼：A

在設計換熱器時，設計人員是按照GB 151和GB150進行設計的。但有些問題常常被忽視，需要設計者去注意。有關換熱器的管板材料、換熱管受壓失穩長度的取值、隔板槽面積、U型管、液（氣）壓試驗曾在相關書籍和文獻中大量講解、討論過。在本文，筆者從多年設計和審核圖紙經驗中發現，除上述問題以外有關結構要注意的其它問題，特提出，望引起注意。

1 換熱器介質的流向

（1）粘度高的介質走殼程，可獲得較高的傳熱系數；

（2）腐蝕介質、高溫介質、高壓氣體走管程，可少用不銹鋼、合金鋼；

（3）易生污垢的介質走管程，可提高管內流速，減少污垢，便于清理。

2 換熱管的排列形式

換熱管的排列形式有正三角形排列、轉角三角形排列、正方形排列、轉角正方形排列，如圖1所示。

（1）正三角形排列：介質流經折流板缺口時垂直正對換熱管，沖刷換熱管外表面，介質流動時形成湍流，對傳熱有利。因此，對無相變的換熱器，因其傳熱與介質流動狀態關系不大，宜采用正三角形排列。正三角形排列用于殼程介質較清潔、換熱管外不需清洗的場合。

（2）轉角三角形排列：介質流經折流板缺口時平行于三角形的一邊，介質流動時有一部分是層流，對傳熱有不利影響。對有相變的換熱器，宜采用轉角三角形排列。

（3）正方形排列：介質流經折流板缺口時平行于正方形，介質流動是層流，對傳熱有不利影響。正方形排列用于殼程介質較臟、換熱管外需清洗的場合。

（4）轉角正方形排列：介質流經折流板缺口時垂直正對換熱管，沖刷換熱管外表面，直接流動時形成湍流，對傳熱有利。轉角正方形排列用于殼程介質較臟、換熱管外需清洗的場合。

3 布管限定圓

布管限定圓是指換熱管外壁所限定圓直徑。布管限定圓使換熱管不要太靠近殼體，當換熱管和殼體距離太近，液體流過此處阻力很大，使液體不經過此處，從而減少傳熱面積。固定管板換熱器和U型管換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體內壁的最短距離為0.25d（d為換熱管外徑），且不宜小于8mm。浮頭式換熱器要從結構上考慮。

4 折流板布置

臥式換熱器殼程介質為單相清潔流體時，折流板缺口應水平上下布置，若氣體中含有少量液體時，則應在缺口朝上的折流板的最低處開通液口，若液體中含有少量氣體時，則應在缺口朝下的折流板最高處開通氣口。臥式換熱器、冷凝器和重沸器的殼程介質為氣液共存或液體中含有少量固體物料時，折流板缺口應垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口。

5 換熱器分程隔板上應設有小孔

換熱器分程隔板上應設有小孔，通常為φ6小孔，開孔有三個作用：淚孔作用，用于排凈液體；平衡作用，用于平衡兩腔的壓力；排氣作用，用于液壓試驗時排凈氣體。

6 立式固定管板換熱器的幾個問題

立式固定管板換熱器選用裙式支座或支腿，給下管箱的維護、檢修帶來很大的不便，當下管板需要檢查或維修時，需要使用較大的起吊設備把管束吊起后才能進行，大大增加了檢修時間和費用。因而，應盡量采用耳式支座并設置在殼程殼體上。

立式固定管板換熱器耳式支座的支承平面一般應高于設備的重心和膨脹節，這樣可以提高設備的穩定性，同時改善膨脹節受力。

立式固定管板換熱器的拉桿，應在滿足組裝要求的前提下把固定端設置在上管板，而無論殼程介質的進口設置在上方還是下方。這時，拉桿處于最佳的受力狀態。

從結構的設計角度看，立式固定管板換熱器的殼程介質宜上進下出流動。目的是避免脈動向上的介質與折流板向下的自重處于不平衡狀態，使折流板上、下振動，加重換熱管的磨損。

7 重疊式換熱器的支座結構

重疊式換熱器的支座設計可做如下特殊考慮：

（1）重疊式換熱器之間的支座應設置調整高度用的墊板。

（2）支座底板至設備中心線的距離應比接管法蘭密封面至設備中心線的距離至少小5mm。

（3）必要時對下部換熱器的支座和殼體進行校核，其載荷除換熱器本身外，還應加上上部換熱器的重量。

（4）當重疊式換熱器重量較大時，可增加一組支座。

結語

通過對以上問題的討論，設計者在設計換熱器時，除要充分重視材料、設計參數、設計計算和制造中的一些問題，有關換熱器的結構也是不容忽視的，本文提到的問題同樣要注意，避免因結構不合理引起一些問題，導致換熱器不能達到預期的換熱或冷凝效果。

參考文獻

[1]GB150-2011，壓力容器[S].

[2]GB/T 151-2014， 熱交換器[S].

[3]王非.化工壓力容器設計-方法、問題和要點[M].北京：化學工業出版社，2009.

作者簡介：李興敏（1979- ），女，遼寧省朝陽縣人，沈陽化工大學，過程裝備與控制工程專業，工程師，畢業后一直從事壓力容器設計工作。