管板分程隔板槽面积的计算与分析

é ' 3 2 ùú æ 3 2ö ' ' ' ÷ 0.25 Ad = êê( n1 - 0.5) SS n - ( n1 - 0.75) S ú +ç ç 0.5 n SS 0.5 n S ÷ ÷ 2 n 2 ç ÷ ç 2 2 ø úû è ëê
（15）
é ' 3 2 ùú æ 3 2ö ' ' ' ÷ 0.25 Ad = êê nSS S ú +ç ç 0.5 n SS 0.5 n S ÷ ÷ 1 n -(n 1 - 0.25) 2 n 2 ç ÷ ç 2 2 ø êë úû è
图 6 双管程 90°排列 Nhomakorabea2.2
4 管程换热器 对于四管程换热器，依管内介质流动顺序的不同，其前端管板和后端管板上
隔板槽的布置方式各不相同。GB151-1999 中给出了管内介质三种不同流动顺序 时前端管板和后端管板上的隔板布置方式，以下分别讨论。 2.2.1 第一种流动顺序 前端管板上跨设备水平中心线平行地布置两块隔板，而后端管板上只在设备 水平中心线位置布置一块隔板， 如图 7 所示。 由于前后端管板上换热管 管孔的布置必须是位置、 大小一 一对应的， 而后端管板在设备水 平中心线位置有一隔板， 因此前 端管板的设备中心线位置虽然
管板分程隔板槽面积的计算与分析
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摘 要
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本文介绍了管壳式换热器其换热管三角形排列、正方形排列时管板的分程隔板槽面积的计算，
并编制了相应的计算表格。同时以浮头换热器为例，分析了隔板槽面积对管板计算厚度的影响，为压力容 器设计人员对标准的认识与理解提供了参考。
1.
引言 在用 SW6 进行换热器管板设计中，当管程为两程或者两程以上时，需要设
换热管跨中布置时（如图 21 所示） ，隔板槽面积计算见式（18） ：
0.25 Ad = ( nSS 1 n − n1 S
' ' 2
S )+ n S 2
' 2
n
' 2 − 0.5n2S
（18）
2.2.2
第二种流动顺序
流动顺序 1 4 2 3 图 22 4 管程隔板布置 （二） 管箱隔板 后端管板
（16）
( n1' - 0.5) S
S
n 1'S
S
n1'
Sn
' n2
Sn
n1'
' n2
0.5Sn
S
0.5Sn
n 2'S
图 18
S
n 2'S
图 19
2.2.1.4 换热管 90°排 换热管居中布置时（如图 20 所示） ，隔板槽面积计算见式（17） ：
( n1' - 0.5) S
n1' S
n1'
n1'
' - 0.5 ) S ( n1
（14）
n1' S
S
n1'
S
n1'
n'
' n2
n'
S
( n - 0.5) S
' 2
S
( n2' - 0.5) S
图 17
图 16
换热管跨中布置时， 隔板槽面积按换热管的排数 n ' 奇偶的不同有以下不同的 计算公式。
n ' 为偶数时（如图 18 所示）隔板槽面积计算见式（15） ： n ' 为奇数时（如图 19 所示）隔板槽面积计算见式（16） ：
n ' 为奇数时（如图 8 所示）隔板槽面积计算见式（5） ： n ' 为偶数时（如图 9 所示）隔板槽面积计算见式（6） ：
' 其中， n1' ， n2 为 1 4 区域内沿隔板槽一侧的布管数。
é 3 2 ùú éê 3 2 ùú ' ' 0.25 Ad = êê(n1' - 2 3) 3SS n - (n1' - 3 4) S ú + ê 0.5(n2 - 2 3) 3SS n - 0.5(n2 - 3 4) S ú 2 2 êë úû êë úû é 3 2 ùú éê 3 2 ùú 0.25 Ad = êê(n1' -1 6) 3SS n - (n1' - 1 4 ) S ú + ê 0.5 (n2' - 2 3) 3 SS n - 0.5 (n2' - 3 4) S ú 2 2 êë úû êë úû
n ' 为奇数时（如图 12 所示）隔板槽面积计算见式（9） ： n ' 为偶数时（如图 13 所示）隔板槽面积计算见式（10） ：
' ' 0.25 Ad = éê(n1' -1 2) 2 SS n - (n1' -1 2) S 2 ùú + éê0.5(n2 - 1 2) 2 SS n - 0.5 (n2 -1 2) S 2 ùú ë û ë û
计者输入管板的分程隔板槽面积。GB151-1999 仅给出了隔板槽面积的含义和双 管程管板隔板槽面积的计算方法。 很多设计人员对隔板槽面积含义的理解以及多 管程管板隔板槽面积的计算还比较模糊。然而，隔板槽面积的计入与否以及其计 算正确与否对管板厚度的计算有一定影响，尤其对于换热器直径较小，管程数又 较多的管板，其影响更为明显。为此，本文对管板分程隔板槽面积的计算及其对 管板厚度的影响进行一些探讨， 希望对压力容器的设计人员特别是那些刚接触压 力容器设计，经验还不足的设计人员有一定帮助。 2. 隔板槽面积计算 GB151 上管板的强度计算是基于圆平板理论，把管板视为受管孔均匀削弱， 又受管子加强的当量圆平板来考虑的。 管板上最外层管子连接起来的区域为布管 区，将其折算成为当量直径为 Dt ，面积等于布管区面积 At 的当量圆。对于管孔 为三角形排列的管板，其每根管子对管板起支撑作用的面积是以管孔中心为圆 心，以 S（换热管中心距离）为内切圆直径的正六边形面积，即 0.866S2 ；对于正 方形排列的管板，每根管子对管板的支撑作用面积是以管孔中心为圆心，以 S 为边长的正方形面积，即 S2 ，如图 1 所示。
2.1
2 管程换热器 双管程换热器在管板上只布置一块分程隔板， 其隔板槽面积即为由于布置该
块隔板而未被换热管支撑的面积，其计算比较简单，以下按换热管如图 2 所示的 四种排列方式分别讨论。 2.1.1 换热管 30°排列（如图 3 所示） 分程隔板槽面积的计算式如下：
' 2 3 3 2 ' Ad = ( n − 1) 3S + S Sn − n S 3 2
流动顺序 1 2 3 4 图7 4 管程隔板布置（一） 前端管板 后端管板
不用布置隔板（即没开隔板槽） ，但其应是未被换热管支撑的，该部分的面积也 应计入到分程隔板槽面积中去。此时， Ad 应为三块平行的隔板槽面积之和，以 下按换热管排列方式的不同分别加以讨论。 2.2.1.1 换热管 30°排列 本文以下如不特别说明，布管图都遵循上下，左右对称布置，所给出的布管 图为 1 4 区域。 换热管居中布置时， 隔板槽面积按换热管的排数 n ' 奇偶的不同有以下不同的 计算公式。
é 3 2 ùú éê 3 2 ùú ' 0.25 Ad = êê(n1' -1 6) 3SS n - (n1' - 1 4) S ú + ê 0.5 (n2 - 1 6) 3 SS n - 0.5 n'2 S ú 2 2 úû ëê ûú ëê é 3 2 ùú éê 3 2 ùú ' 0.25 Ad = êê(n1' -1 2) 3SSn -(n1' - 3 4) S ú + ê 0.5 (n'2 -1 6) 3SS n - 0.5n2 S ú 2 2 êë úû êë úû
(
)
n1' 2 S
（12）
( n1' -1 2)
2S
2S
2S
n1'
n1'
n'
' n2
n
'
' n2
2S
( n2' - 1 2)
图 12
2S
2S
( n2' - 1 2)
图 13
2S
n1' 2 S
( n1' -1 2)
2S
n
' 1
2S
2S
n1'
n'
n'2
n
'
n'2
2S
n
' 2
2S
2S
' n2 2S
图 14
（5） （6）
( n1' - 2 3)
3S
( n1' -1 6)
n1'
3S
3S 3S
n1'
n'
' n2
n'
' n2
3S
( n2' - 2 3)
图8
3S
3S
( n2' - 2 3)
图9
3S
换热管跨中布置时， 隔板槽面积按换热管的排数 n ' 奇偶的不同有以下不同的 计算公式。
n ' 为奇数时（如图 10 所示）隔板槽面积计算见式（7） ： n ' 为偶数时（如图 11 所示）隔板槽面积计算见式（8） ：
图 1 换热管对管板的支撑面积
假设在布管区内的管孔数为 n（此处不讲管子数，因为对于 U 形管换热器， 管孔数是管子数的两倍） ， 对于单管程换热器管板， 布管区面积 At = 0.866nS 2（三