设计参数大型化对管壳式热交换器的影响

公称直径的大小反映了管壳式热交换器大型化的程度，设计压力与公称直径的乘积反映了大型化与高参数的组合，并直接体现了回转壳体壁厚的大小。



规定这些参数的初衷（目的）在于从安全和性能两方面控制管壳式热交换器大型化的风险。



1、安全



管壳式热交换器区别于其他结构型式压力容器的主要特征在于回转承压壳体内安装了实现传热性能的管束，而且管壳式热交换器一般为双腔压力容器，管束作为承受双侧介质压力、温度、流动作用的部件，其主要受压元件管板、换热管、浮头盖等元件的失效会造成两侧介质串漏。相应地给建造、使用带来安全风险。



1）管束组对



管束部件一般整体装入回转壳，按照单位体积的换热面积80m2/m3，估算单位体积的金属装量容积密度为0.2m3/m3，质量密度为1570kg/m3。



据此估算，公称直径为2600mm，换热管长度为6000mm的管束重量达50t。



为了控制管束装入壳体的组装风险，基于工程实践经验，标准规定了区别于普通容器的壳体最小壁厚，并且规定了严于普通容器的壳体圆度偏差要求；



对于管束，规定了折流板外圆尺寸及偏差要求，拉杆的数量与布置的要求。



2）密封结构



大型化热交换器的结构型式需要慎重选择，应尽量避免选择法兰连接的管板结构；



宜优先选择固定管板式热交换器；对于固定管板式热交换器和U形管式热交换器推荐采用“b”形管板连接。



对于浮头式热交换器，标准给出了浮头式热交换器的最大公称直径为2600mm；



公称直径超出2600mm，标准并未明确禁止，但大直径浮头法兰及剖分钩圈结构，内密封泄漏风险**增加，选用需更加小心慎重。



3）流体诱发振动



热交换器大型化，增加了管束流体诱发振动的风险，准确预测流体诱发振动比较困难；



振动涉及流体力学、动力学，在工程应用中，又缺乏完整的设计条件，工

程经验的类比性较差。



标准以附录的形式给出了流体诱发振动的设计计算内容，设计者可根据设计条件，必要时，进行设计计算和优化调整设计。



2、性能



管壳式热交换器的性能主要包括流动和传热两个方面。



相对于管程流动，壳程的流动既有横流又有纵向流动，流向和流速不断变化，传热与流动较为复杂，准确计算壳程流体的对流传热系数和流动阻力是热交换器工艺计算的难题。



热交换器大型化对性能的影响有以下主要方面：



1）流动：



大型化与大处理量相对应，与此相对应，热交换器的壳程接管规格大，折

流板间距大；管束进口区域的流体冲蚀危害，管束流体诱发振动危害大、风险大；



2）传热：



由于壳程流动的偏离，滞流死区过大，有效传热面积较小，传热效率下

降。



大型化的热交换器在装置中数量有限且十分重要，业界会给予高度重视。



设计阶段应明确操作工况，合理确定设计工况与参数，评估大型化的风险，采用先进的设计手段预测和控制大型化的风险。

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