管壳式换热器设计中应注意的几个问题

在换热器设计中，设计者虽然以GB/T151-2014作为管壳式换热器的设计依据，但常常会忽视标准规范中的某些说明而导致设计不正确或不合理，从而影响设备的安全可靠性。下面就几种我们图纸中常出现的问题，提醒设计者在设计工作中引起重视。

1换热器类别的确定以及相关的技术要求


TSG 21-2016 A1.3.2规定：多腔压力容器（如热交换器的管程和壳程、夹套压力容器等）应当分别对各压力腔进行分类，划分时设计压力取本压力腔的设计压力，容积取本压力腔的几何容积；以各压力腔的最高类别作为该多腔压力容器的类别并且按照该类别进行使用管理，但是应当按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。



2换热器管程设计压力大于壳程设计压力时，壳程试验压力的选取问题


当管程设计压力大于壳程设计压力时，为了检查管子与管板连接的严密性，壳程的试验压力可按下面几种方法处理，应在技术特性表或技术要求中提出：



（1）提高壳程的试验压力等于管程试验压力。采用这种方法时，必须首先核算壳体在压力试验时产生的应力，要求壳程任意点的一次薄膜应力的计算值不得超过所用材料在试验温度下的90%屈服极限。同时接管、法兰也应满足压力试验条件下的强度要求。



（2）若经过计算后不能采用上述方法试验，或从技术经济考虑不合理时，则壳程、管程按各自要求的试验压力进行试验合格后，壳程应按照HG/T20584-2011附录A《压力容器氨检漏试验方法》进行氨渗漏试验。



（3）对有特殊要求的换热器，如高压换热器等可用低压纯氨进行试漏或采用卤素检漏等方法试验。



3管板本身兼做法兰，并且直径较大或者厚度较厚时，材质选择问题


此时管板最好用锻件加工，尽量不用板材加工。因为厚板有分层倾向，在上述情况下如用板材加工成管板，特别容易出问题。



4换热管受压失稳当量长度计算问题


在进行换热管计算时，有些设计者将换热管受压失稳当量长度L，给出一个大一些的数值，而不按GB/T151规定进行计算，这是错误的，因为GB/T151中的数值是将换热管作为压杆，换热管与管板的连接端视为固支端，折流板、支撑板视为铰支端，即按材料力学压杆的理论计算得出的，所以应据此计算换热管受压失稳当量长度，才能保证管板计算结果的正确性。



5多管程管壳式换热器，分程设计时应考虑的问题


Ⅰ尽可能使各管程换热器管数大致相等，以达到换热器各管程流速基本相等，达到良好的换热效果。各管程换热管数相对误差应控制在10%以内，最大不超过20%。

Ⅱ做到分程隔板槽尽量简单，密封面长度尽量短。



6隔板槽面积取值的问题


在用计算软件进行管板计算时，要求输入隔板槽面积，有很多设计者直接计算出隔板槽的几何面积，这是错误的。这里要求输入的应该是GB/T151中的A，是在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支撑的面积。另外，多管程换热器分程隔板槽面积应取各条隔板槽面积之和。



7卧式换热器折流板布置问题


卧式冷凝器的介质为气、液共存，折流板应左右布置，并在折流板的最底处开通液口。有的设计者在这种情况下，将折流板的缺口上下布置是不合适的，缺口上下布置时，不利于冷凝液的排出。特别当冷凝液液位高于上置折流板的下缺口时，会形成液封，阻碍蒸汽流动，影响设备传热和运行。



8应注意核算管板的扳手空间是否足够


固定管板延长部分兼做法兰的换热器，当壳程压力很高，管程压力比较低时，如管程选用压力等级较低的设备法兰则螺栓圆直径很小，而此时壳程筒体很厚，这样可能导致扳手空间不足，紧固件组装困难。



9管板上的管孔及拉杆孔布置问题


管板上的管孔及拉杆孔最好对称布置。不对称布置，管板加工会比较容易出现错误。如必须做不对称布置，必须保证总图、管束、管板和折流板等零部件图保持一致，因为不同的视角，他们的位置是不同的。



10兼做法兰的固定管板，与设备法兰的匹配问题


在设计过程中，经常会出现设备法兰压力等级的改动，而没考虑到管板变动，可能会造成最终的两法兰的轮廓、螺栓孔中心圆直径以及螺栓孔个数的不匹配，在设备制造过程中会造成很大的问题。



11立式固定管板换热器支座，膨胀节和拉杆的位置


Ⅰ立式固定管板换热器支座的支撑平面一般高于设备重心和膨胀节，以利于提高设备的稳定性和改善膨胀节受力。如果带有支耳的设备设有膨胀节，设计时要注意螺栓孔中心圆直径大于膨胀节最大外形尺寸（最好先跟结构专业沟通，咨询一下梁的尺寸，然后确定螺栓中心圆直径尺寸），保证设备顺利安装。

Ⅱ立式固定管板换热器拉杆，应在满足组装的前提下把固定端设置在上管板上，无论壳程进口在上方还是下方，此时拉杆处于最佳受力状态。



12请换热管的拼接问题


换热管如不允许拼接时，应在图样上加以规定。换热管如允许拼接时，也应在图样技术要求中注明：换热管的拼接符合GB/T 151的规定。

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