淺談?chuàng)Q熱器設(shè)計有關(guān)結(jié)構(gòu)要注意的幾個問題

摘 要：本文列舉了換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計中易出現(xiàn)的幾個問題，提醒設(shè)計者注意。

關(guān)鍵詞：換熱器；結(jié)構(gòu)；設(shè)計問題

中圖分類號：TE974 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在設(shè)計換熱器時，設(shè)計人員是按照GB 151和GB150進(jìn)行設(shè)計的。但有些問題常常被忽視，需要設(shè)計者去注意。有關(guān)換熱器的管板材料、換熱管受壓失穩(wěn)長度的取值、隔板槽面積、U型管、液（氣）壓試驗曾在相關(guān)書籍和文獻(xiàn)中大量講解、討論過。在本文，筆者從多年設(shè)計和審核圖紙經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)，除上述問題以外有關(guān)結(jié)構(gòu)要注意的其它問題，特提出，望引起注意。

1 換熱器介質(zhì)的流向

（1）粘度高的介質(zhì)走殼程，可獲得較高的傳熱系數(shù)；

（2）腐蝕介質(zhì)、高溫介質(zhì)、高壓氣體走管程，可少用不銹鋼、合金鋼；

（3）易生污垢的介質(zhì)走管程，可提高管內(nèi)流速，減少污垢，便于清理。

2 換熱管的排列形式

換熱管的排列形式有正三角形排列、轉(zhuǎn)角三角形排列、正方形排列、轉(zhuǎn)角正方形排列，如圖1所示。

（1）正三角形排列：介質(zhì)流經(jīng)折流板缺口時垂直正對換熱管，沖刷換熱管外表面，介質(zhì)流動時形成湍流，對傳熱有利。因此，對無相變的換熱器，因其傳熱與介質(zhì)流動狀態(tài)關(guān)系不大，宜采用正三角形排列。正三角形排列用于殼程介質(zhì)較清潔、換熱管外不需清洗的場合。

（2）轉(zhuǎn)角三角形排列：介質(zhì)流經(jīng)折流板缺口時平行于三角形的一邊，介質(zhì)流動時有一部分是層流，對傳熱有不利影響。對有相變的換熱器，宜采用轉(zhuǎn)角三角形排列。

（3）正方形排列：介質(zhì)流經(jīng)折流板缺口時平行于正方形，介質(zhì)流動是層流，對傳熱有不利影響。正方形排列用于殼程介質(zhì)較臟、換熱管外需清洗的場合。

（4）轉(zhuǎn)角正方形排列：介質(zhì)流經(jīng)折流板缺口時垂直正對換熱管，沖刷換熱管外表面，直接流動時形成湍流，對傳熱有利。轉(zhuǎn)角正方形排列用于殼程介質(zhì)較臟、換熱管外需清洗的場合。

3 布管限定圓

布管限定圓是指換熱管外壁所限定圓直徑。布管限定圓使換熱管不要太靠近殼體，當(dāng)換熱管和殼體距離太近，液體流過此處阻力很大，使液體不經(jīng)過此處，從而減少傳熱面積。固定管板換熱器和U型管換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體內(nèi)壁的最短距離為0.25d（d為換熱管外徑），且不宜小于8mm。浮頭式換熱器要從結(jié)構(gòu)上考慮。

4 折流板布置

臥式換熱器殼程介質(zhì)為單相清潔流體時，折流板缺口應(yīng)水平上下布置，若氣體中含有少量液體時，則應(yīng)在缺口朝上的折流板的最低處開通液口，若液體中含有少量氣體時，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣口。臥式換熱器、冷凝器和重沸器的殼程介質(zhì)為氣液共存或液體中含有少量固體物料時，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口。

5 換熱器分程隔板上應(yīng)設(shè)有小孔

換熱器分程隔板上應(yīng)設(shè)有小孔，通常為φ6小孔，開孔有三個作用：淚孔作用，用于排凈液體；平衡作用，用于平衡兩腔的壓力；排氣作用，用于液壓試驗時排凈氣體。

6 立式固定管板換熱器的幾個問題

立式固定管板換熱器選用裙式支座或支腿，給下管箱的維護(hù)、檢修帶來很大的不便，當(dāng)下管板需要檢查或維修時，需要使用較大的起吊設(shè)備把管束吊起后才能進(jìn)行，大大增加了檢修時間和費用。因而，應(yīng)盡量采用耳式支座并設(shè)置在殼程殼體上。

立式固定管板換熱器耳式支座的支承平面一般應(yīng)高于設(shè)備的重心和膨脹節(jié)，這樣可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性，同時改善膨脹節(jié)受力。

立式固定管板換熱器的拉桿，應(yīng)在滿足組裝要求的前提下把固定端設(shè)置在上管板，而無論殼程介質(zhì)的進(jìn)口設(shè)置在上方還是下方。這時，拉桿處于最佳的受力狀態(tài)。

從結(jié)構(gòu)的設(shè)計角度看，立式固定管板換熱器的殼程介質(zhì)宜上進(jìn)下出流動。目的是避免脈動向上的介質(zhì)與折流板向下的自重處于不平衡狀態(tài)，使折流板上、下振動，加重?fù)Q熱管的磨損。

7 重疊式換熱器的支座結(jié)構(gòu)

重疊式換熱器的支座設(shè)計可做如下特殊考慮：

（1）重疊式換熱器之間的支座應(yīng)設(shè)置調(diào)整高度用的墊板。

（2）支座底板至設(shè)備中心線的距離應(yīng)比接管法蘭密封面至設(shè)備中心線的距離至少小5mm。

（3）必要時對下部換熱器的支座和殼體進(jìn)行校核，其載荷除換熱器本身外，還應(yīng)加上上部換熱器的重量。

（4）當(dāng)重疊式換熱器重量較大時，可增加一組支座。

結(jié)語

通過對以上問題的討論，設(shè)計者在設(shè)計換熱器時，除要充分重視材料、設(shè)計參數(shù)、設(shè)計計算和制造中的一些問題，有關(guān)換熱器的結(jié)構(gòu)也是不容忽視的，本文提到的問題同樣要注意，避免因結(jié)構(gòu)不合理引起一些問題，導(dǎo)致?lián)Q熱器不能達(dá)到預(yù)期的換熱或冷凝效果。

參考文獻(xiàn)

[1]GB150-2011，壓力容器[S].

[2]GB/T 151-2014， 熱交換器[S].

[3]王非.化工壓力容器設(shè)計-方法、問題和要點[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

作者簡介：李興敏（1979- ），女，遼寧省朝陽縣人，沈陽化工大學(xué)，過程裝備與控制工程專業(yè)，工程師，畢業(yè)后一直從事壓力容器設(shè)計工作。