格柵式列管支撐結構的設計方法

李碧仙 劉群世 隋艷春 中國成達工程有限公司 成都 610041

列管式換熱器在化工領域被廣泛應用。在列管式換熱器的設計中，管束的支撐結構設計直接影響到傳熱效果及殼程流體的壓降。《熱交換器》GB/T 151-2014只介紹了折流板支撐的結構形式，對于折流桿和格柵板支撐并沒有介紹。本文將對二者進行介紹。

1 折流桿支撐結構

折流桿支撐結構一般由4個相同軸向間距的折流圈組成一組，依次布置，形成一個方形孔，對每一根換熱管進行支撐，見圖1。

圖1 折流桿支撐結構圖

圖中的折流桿一般用圓鋼，折流圈用鋼板制作。折流桿支撐結構常用于換熱管排列為正方形排列的形式，且每組折流桿之間的間距較小，一般為3″、6″和9″；對于正三角形排列的形式，受換熱管間距影響，該結構不太適用。

2 格柵板支撐結構

格柵式列管支撐結構，一般由2層或者4層柵板條組成一組，依次布置，對每根換熱管進行支撐。見圖2。

圖2 2層柵板條組成一組的示意圖

柵板條用扁鋼制作，該結構常用于換熱管排列形式為正三角形排列的形式。

格柵板支撐的主要特點是：

(1)不起折流作用，殼程介質的流向為軸向流。

(2)殼程介質不產生橫流，不容易引起換熱管的振動。

(3)折流桿(格柵板)之間的間隙大，介質很容易從間隙中通過，流體阻力小，故殼程流體壓力降小。

3 案例

下文就以Ⅱ效降膜蒸發器為例，闡述格柵式列管支撐結構的設計方法。

Ⅱ效降膜蒸發器是利用二次蒸汽將20%的鹽水進行蒸發提濃，蒸發器上部的加熱室相當于立式固定管板管殼式換熱器，規格為DN1800，見圖3。

圖3 Ⅱ效降膜蒸發器

殼程介質是二次蒸汽，工作壓力為0.06MPa，工作溫度為121℃，氣相全冷凝；換熱管規格為?48×1.5×6000，排列方式為正三角形排列，間距60mm。根據工藝傳熱分析，殼程流體不需要橫向折流，但由于換熱管較長，需要設置中間支撐。

由于殼程介質壓力較小，需要采用壓力降小的支撐形式，故選用格柵式列管支撐結構。該設備的格柵支撐由2層柵板條組成。見圖4。

圖4 2層柵板條示意圖

上下兩層格柵條分別與圈板筒節焊接，兩層格柵條之間不焊接。圈板筒節與殼程筒體之間采用焊接連接，因此，該設備不需要設置拉桿和定距管。

按換熱管排列方式和間距進行計算，換熱管之間能通過格柵條的距離為3.96mm，為保證穿管能順利進行，設計時在格柵條與換熱管之間留了0.48mm間隙，因此，格柵條的厚度取為3mm。考慮到換熱器直徑較大，換熱管較長，增加格柵條對于換熱管的支撐寬度，以增加換熱管的穩定性，將格柵支撐的寬度設計為100mm。格柵條設計的詳細尺寸及上下格柵條的相對位置關系見圖5，上下格柵板之間的夾角成60°。

圖5 上下格柵條的相對位置關系圖

4 結語

列管式換熱器中，采用折流板、折流桿和格柵板支撐的結構型式，有其不同的適用范圍。折流桿支撐結構常用于換熱管排列為正方形排列的形式,每組折流桿之間的間距較小,對殼程流體有折流作用。格柵板支撐結構常用于換熱管排列為正三角形排列的形式,不起折流作用，殼程介質的流向為軸向流。設計時,可以根據具體的工況進行合理選擇。