淺談列管式換熱器的結構設計

張巖

摘要：工業設計中列管式換熱器具有不可替代的作用，同時伴隨著科學技術的發展在迎合世界主流的基礎上各種換熱器也爭先涌現，然而換熱器的結構設計卻是一個復雜的過程，從管束、蓋板、各部位技術條件等等都需要有大量計算和安排作為支撐。本文則以相關技術理論作為支持對換熱器的結構設計提出一二，希望能夠獲得對換熱器結構設計更加深刻的認知。

關鍵詞：列管式換熱器;結構設計;傳熱系數

一、設計的既定假設條件

1.對甘油和冷卻水的要求

在設計中甘油和冷卻水是最基本的材料，為使此次設計能達到一個較好的效果，本文對甘油和冷卻水的條件進行了如下假設：

1.1對甘油的要求

1.1.1處理量： 10～15kg/s

1.1.2壓強降：<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對冷卻水的要求

1.2.1壓強降：<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.設計中應完成的任務

需完成設計任務如下：

按照設計的既定條件選用合適的換熱器型號，測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計，計算出折流板的數目等。

3.設計中應遵循的原則

3.1符合操作及工藝的要求

3.2符合經濟的實際要求

3.3符合安全生產要求

二、設計流程

1.管束和管殼的分程設計

1.1管束分程

一般情況下，換熱器內部管束的增加會導致傳熱系數以及管內流速的降低，此時我們可以對管束分程。也就是說，可以在換熱器管箱內安置隔板，需要注意的是要避免溫差應力。

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

在本文設計中所設定的換熱器傳熱系數是不高的，因此選擇異型管對傳熱進行加強，從而令傳熱膜的相關系數提高。關于管子選擇方面應以當前我國現有管長規則作為參照物，避免相關浪費。

3.傳熱管的布置

換熱器結構設計中，需要對管子進行排列設計，需要在換熱器截面上安排緊致且均勻，同時對流體的性質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導致一些事故，因此可以選擇管板來對其固定。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，還可以致使相關溫差應力的作用降低以及承受高壓以及滿足機械應力的要求。

5.傳熱管和管板的連接

當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時，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致的熱應力令管子分離的事故發生。

6.折流板的設計

關于折流板，我們先要考慮到如何令對流傳熱系數提高從而令傳熱效果更加優越，此時我們需要將折流板納入設計思路中。一般情況下，圓缺形擋板很容易形成死區，同時反而產生流體阻力，對傳熱并不利。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。經計算切去的圓缺的高度為270mm，折流板數為29。

7.殼體直徑和厚度的設計

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

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境，以及流體腐蝕性等。一般材料并不具備優越的機械性能以及抗腐蝕性，因此處于腐蝕性流體中很容易毀壞。對此，材料的選擇是非常關鍵的。

三、總結

換熱器其實在我們生活中是很常見的，為了更加符合現代社會的需求，本文對其結構設計進行探討，提高認識。

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