浅谈双管板换热器的设计.pdf

设谢放求
石油化工设计
Petrochemical Design
2013,30(4)5~
谈双管板换熱器的设计
谢刚,冠军
(中国化学工程第七建设有限公司,四川成都610100)
摘要:由于换热器设计标准CBl51-1999く管壳式換热器》日中未给出双營板换热器的强度设计方
法,所以在设计计算中的方法也不尽相同。在实际エ程设计中,主要参考TEMA标准,认为管程管板和売
程管板都能单独满足相应的设计工况的前提下,运用SW6强度计算软件,确定换热器管板厚度。简要介
绍了该种双管板换热器的结构设计及其材产选用、积液程长度和管板的计算,换热管与管板的连接,压力
试验要求等,并提出了几个在实际设计过程中需要注意的问题。
关键词:双管板设计换热器
双管板换热器是由4块管板相连接的管壳式所以该设备选择双管板换热器,为绝对避免壳程
换热器,主要用于壳程介质和管程介质严格禁止介质与管程介质相接触,设置积液程结构,并设有
混合的工况,以防止泄漏而引起事故的发生。双放空口和排净口(取样口)进行泄漏检测,该设备
管板换热器由于比一般换热器多两块管板就相对结构如图1所示。
多两个泄漏点,所以在设计和压力试验过程中有
更加严格的要求。本换热器壳程介质为氯气,管
程介质为循环水。通过几台双管板换热器的设计
实例,简要介绍该种换热器的设计要点。
设计条件
某一项目烧碱裝置后冷却器设计条件见表1。
图1后冷却器设备结构示意
管程;2-管程管板;3-积液程;4-壳程;5-换热管
表1后冷却器设计参数
6一壳程管板;7-放空口;8-排净口
项目
壳程
管程
积液程
设计压力(表)/MPa「0.6/FV
1.01.0(取较高者
设计温度/℃
010(取校高者)2设计计算
顶部最高工作
0.203
0.07
压力(表)/MPa
见注
本文主要介绍管板强度的设计计算及积液程
操作温度(进/出)/℃96.5/39,893240
见注
长度L的计算及其相关规定,其他受压元件的计
金属壁温/℃
算方法,与普通的单管板换热器计算方法相同,计
介质名称
氯气
循环水
见注
介质特性
髙度危害
算时可参考CB151~1999等相关规范,这里不
程数
再赘述。
主体材质
Q0345RQ345R
530408
换热管规格
2.1管板强度计算
19×2x6600
注:表1中;正常工况下,最高工作压力为常压,操作温度为常
双管板换热器的设计计算,在我国现行的标
温,积液程无工艺介质。事故状态下,顶部最高工作压力和
收稿日期:2013-05-17。
操作温度为管程或壳程操作工况,积液程内工艺介质为管
作者简介:谢刚,男,2006年毕业于四川理工学院机械
程或壳程的工艺介质。
设计制造及其自动化专业,エ学学士,エ程师,压力容
该设备壳程介质为氯气,管程介质为循环水,
器审核人,主要从事化工压力容器的设计与审核工
如果两个介质发生泄漏,相接触就会产生强腐蚀
作。联系电话:028-65530588;E-mail:644158959
性的盐酸或次氯酸,对该设备造成严重的腐蚀。
qq. com
石油化工设计
2013年第4期(第30卷
准规范CB151中,没有该结构形式的管板厚度计
D一最外圈换热管的外切圆直径(取布管
算方法。由此,本文参考TEMA标准及文献[2],
限定圆DL),mm;
认为双管板换热器的管程管板(也称外管板)和壳
a在平均金属温度下,管程侧管板的热
程管板(也称内管板)都能单独满足相应设计工况
膨胀系数,mm/(mm?℃)
的设计前提下,确定该换热器管板厚度的计算方
a1在平均金属温度下,壳程侧管板的热
法
膨胀系数,m/(mm?℃)
1)管程管板厚度计算。运用SW6强度计算
△7一管程侧管板的环境温度与平均金属温
软件进行换热器的设计时,管板形式选择延长部
度差,C;
分兼作法兰的固定式管板,),设计参数按以下情
△T2壳程侧管板的环境温度与平均金属温
况考虑:①设计压力和设计温度按管程工况确定;
度差,℃
②壳程和换热管金属壁温按壳程和管程工况确
根据公式(1)计算的积液程最小理论长度L,
定;③管板与换热管的连接为强度焊;④换热管长工程上,为安全起见,常在此基础上增加10%
度为换热管总长度,换热管有效长度为管程管板15%,但最小长度不得小于150mm
内侧间的距离,换热管受压失稳的当量长度L。按
GB151图32选取。
3需要注意的问题
2)壳程管板厚度计算。管板形式选择为不带3.1管程与壳程管板厚度计算时的相互协调
法兰固定式管板(与两端筒节为焊接连接)设计参
1)由于管程管板与壳程管板厚度计算时的条
数按以下情况考虑:D设计压力和设计温度按件不同,由此管板厚度计算值将会不同,允许对管
壳程工况确定;②壳程和换热管金属壁温按壳程程管板、壳程管板厚度采用各自的厚度计算值,不
和管程工况确定;③管板与换热管的连接为强度需要选取其两者较大的厚度计算值为管程管板和
胀接;④换热管长度为壳程管板外侧间的距离,换壳程管板厚度统一取值1。
热管的有效长度为壳程管板內侧间的距离。
2)在管程管板和壳程管板厚度计算时,由于
2.2积液程计算
管板与换热管的连接分别为强度焊和强度胀接
积液程(也称为聚液程)为管程管板和壳程管拉脱应力的许用值不同,可能出现对膨胀节的不
板之间的一个独立的腔体,所以对于双管板换热同要求,在出现该情况时,需按照对膨胀节相同要
器这类多腔体设备,在技术特性表中,不仅要体现求进行管程管板和壳程管板厚度的计算。
管程和壳程技术参数,还要体现积液程技术参数。3.2关于换热管与管板的连接
积液程壳体的长度L的确定,主要考虑两块管板
管程管板与换热管的连接采用强度焊加贴
由于使用温度的不同而产生径向位移作用在换热胀,壳程管板与换热管的连接采用强度胀。胀接
管上,引起弯曲应力和剪应力。这里按照TEMA应采用液压胀,并做胀接工艺评定,也可采用评定
标准相关章节进行计算
合格的机械胀,开槽位置和尺寸可根据胀接工艺
L=√a△rE/(0.27Y-)
评定调整,开槽数量不得少于两条,见图2。
式中
两管板之间的换热管外径,mm;
3.3压力试验
△r一相邻两块管板之间的径向膨胀差(管
1)内管板与换热管强度胀接后,壳程进行水
板中心至Dn长度),mm;Ar=压试验,水压试验合格后,再进行气密性试验。检
(Dn/2)(a2c△T2-a1△T2)l;
验合格后进行外管板与换热管的连接组装。
E-平均金属温度下,换热管的弹性模量,
2)外管板与换热管强度焊(氩弧焊)+贴胀连
Mpa
接组装后,焊后对焊接接头进行渗透检测,合格后
Yr一在最大金属温度下,换热管材料的屈进行积液程筒体的连接组焊。
服强度,MPa
3)积液程进行水压试验,试验合格后,