双管板换热器的结构设计
双管板换热器的结构设计
双管板换热器的结构设计【摘要】本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，详细概述了有关设计条件和计算两方面的要点，并给出了几点需要注意的问题，以期能为双管板换热器的结构设计提供参考借鉴。
【关键词】双管板换热器；结构设计；问题所谓的换热器，就是是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
而双管板换热器比一般的换热器结构复杂，因此在设计过程中要更加重视。
基于此，本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，以期能为双管板换热器的结构设计提供参考借鉴。
1.设计条件某一项目烧碱装置后冷却器设计条件见表1。
该设备壳程介质为氯气，管程介质为循环水，如果两个介质发生泄漏，相接触就会产生强腐蚀性的盐酸或次氯酸，对该设备造成严重的腐蚀。
所以该设备选择双管板换热器，为绝对避免壳程介质与管程介质相接触，设置积液程结构，并设有放空口和排净口（取样口）进行泄漏检测，该设备结构如图1所示。
2.设计计算本文主要介绍管板强度的设计计算及积液程长度L的计算及其相关规定，其他受压元件的计算方法，与普通的单管板换热器计算方法相同，计算时可参考GB151—1999等相关规范···，这里不再赘述。
2.1管板强度计算双管板换热器的设计计算，在我国现行的标准规范GBl51中，没有该结构形式的管板厚度计算方法。
由此，本文参考TEMA标准及文献[2]，认为双管板换热器的管程管板（也称外管板）和壳程管板（也称内管板）都能单独满足相应设计工况的设计前提下，确定该换热器管板厚度的计算方法。
（1）管程管板厚度计算。
运用SW6强度计算软件进行换热器的设计时，管板形式选择延长部分兼作法兰的固定式管板，设计参数按以下情况考虑：①设计压力和设计温度按管程工况确定；②壳程和换热管金属壁温按壳程和管程工况确定；③管板与换热管的连接为强度焊；④换热管长度为换热管总长度，换热管有效长度为管程管板内侧间的距离，换热管受压失稳的当量长度Lcr按GB151图32选取。
双管板换热器的设计与制造
双管板换热器的设计与制造简介双管板换热器是一种广泛应用于化工、制药、石油、食品等行业的换热设备。
其主要作用是将一个流体的热量传递给另一个流体，从而达到加热、冷却、蒸发等处理目的。
相比于传统的管壳式换热器，双管板换热器具有体积小、传热效率高、维修方便等优点，因此被广泛应用。
本文将从双管板换热器的设计、制造和使用等方面进行介绍。
设计热传递计算双管板换热器的设计需要进行热传递计算，以确定板片的数量和表面积。
一般情况下，热传递计算需要考虑以下因素：•流体的温度、压力和流量•热传递系数•固体传热能力•换热器的体积和形状•板片的布局和数量•热负荷和热效率要求在进行热传递计算时，可以使用一些工具和软件来辅助计算。
例如，可以使用ANSYS FLUENT软件对流体和固体传热进行模拟和计算。
此外，还需要考虑流体和固体之间的传热方式，包括对流、辐射和传导等。
板片的设计板片的设计是双管板换热器中最重要的部分之一。
一般情况下，板片的设计需要考虑以下因素：•材料的选择：板片材料需要具有良好的耐腐蚀性和传热性能，常见的材料包括不锈钢、镍合金等。
•板片的形状和大小：板片的形状和大小需要根据换热器的具体应用来确定，一般情况下，板片的宽度在2-10mm之间，间距在2-10mm之间，板片总面积应当满足热传递计算的需求。
•板片的密度和布局：密度和布局的选择需要考虑到流体的流量和热负荷等因素，一般情况下，板片的间距和布局需要满足流体的流速和热传递计算的需求。
•板片的安装方式：板片的安装方式需要考虑到维修和清洗等因素，一般情况下，板片需要可以方便的拆卸和安装。
其他设计因素除了板片的设计之外，双管板换热器的设计还需要考虑以下因素：•进出口管道的设计：进出口管道需要满足流量和压力的要求，一般情况下，可以使用方形、圆形或矩形形状的进出口管道。
•头部和底部的设计：头部和底部需要满足与板片的对接要求和防泄漏要求，一般情况下，可以使用法兰连接、焊接或密封槽连接等方式。
双管板换热器的设计与制造.docx
双管板换热器的设计与制造换热器是在不同温度物料之间进行热量传递的设备，其主要作用是维持或改变物料的工作温度和相态，满足工艺操作要求，提高过程能量利用效率进行余热回收。
在换热器设备中，管壳式换热器应用最为广泛。
在实际操作中换热器的换热管和管板连接处最容易发生泄漏,从而使壳程物料和管程物料有少许混合,而且这种泄漏目前还没有有效的方法完全防止。
在有些场合,某些泄漏是允许的,但在以下的场合,这些泄漏是不允许的：1）产生严重的腐蚀；2）使一方物料产生严重的污染；3）产生燃烧和爆炸；4）产生固溶化,形成设备的污垢；5）使催化剂中毒,降低或消除催化剂的性能；6）限制另一程的反应；7）使产品不纯。
在这些场合,我们通常采用双管板换热器,以减小泄漏，能有效防止两种物料混合, 从而杜绝上述事故的发生。
所谓双管板换热器就是在换热器一端设有一定间隙的两块管板或相当于有一定间隙的两块管板的换热器。
双管板换热器的结构一般有两种。
一种为固定管板式换热器, 一台换热器共有四块管板。
这种换热器的壳程及管程中两种介质的流动方向为逆流, 其传热系数较高, 传热效果较好。
另一种为U型管式换热器, 一台换热器共有两块管板。
这种换热器有一半管束管内外介质的流动方向为并流, 另一半管束管内外介质的流动方向为逆流, 因此其传热系数较低。
示例：此再沸器为固定管板式的双管板换热器，换热器的管、壳程物料接触后会使物料固化，凝结在管壁上，故选用双管板结构，具体参数如下表：表1 再沸器技术参数名称壳程管程设计压力/MPa 2.7 -0.1最高工作压力/MPa 4.0/-0.1 0.35/-0.1设计温度/ ℃265 230进口工作温度/ ℃236 190出口工作温度/ ℃230 198物料水蒸汽溶剂+顺酐管子与管板连接形式强度胀强度焊+贴胀程数 1 1腐蚀裕度/mm 0 0焊接接头系数0.85 0.85由于此再沸器的管、壳程的操作参数比较高，前期设计制造的再沸器使用后一个月左右就泄漏，无法使用，严重影响生产。
双管板换热器的结构及制造工艺合理设计
双管板换热器的结构及制造工艺合理设计一、双管板换热器结构设计准备工作（一）结构初步规划对于一项双管板换热器而言，其结构主体上有4块管板，主要结构状态如下：首先是法兰式管程侧管板，有两块，其与管箱法兰之间的连接使用垫片以及螺柱，同时联通换热管、管道共同组成管程。
换热管与管程侧管板之间的连接可采用贴胀与强度焊联合方式，在介质选择上也适应于条件偏向苛刻程度的介质。
非法兰式的壳程侧管板与壳体之间的的连接让壳程更具完整性，在换热管与壳程侧管板之间的连接方式为强度胀接。
在结构中，壳程管板与换热管之间又可以构成两腔积液程，由此产生形态特殊的四腔结构。
（二）選材控制材料的选择关系到双管板换热器的使用稳定性以及安全性，因此选材是结构设计的关键。
在材料选择方面，首先应考虑介质特性，重点放在抗腐蚀方面，并根据用户需求加以调整，保障在压力以及操作温度方面不会对工艺性能产生不良影响。
换热管与管程侧管板之间的连接使用贴胀加强度焊型式，锻件级别为Ⅱ级。
由于换热管与壳程侧管板之间的连接属于强度胀接，因此要求管板质量高，故锻件级别为Ⅲ级。
同时，鉴于管板材料在硬度值方面要与双管板换热器约在HB20-30之间，从理论上来说不锈钢管板与换热管之间的硬度应属于同一水平，但在实际硬度测量中发现，硬度变化能够通过材料供应以及材料选择实现。
在具体设计制造环节中，设计人员同样需要对换热管与管板管孔之间的间隙严格把关，利用“特殊紧配合”原则减少管板材料与换热管之间由于硬度差带来的不良影响。
需要注意的是，换热管HBW硬度要求应在评定实验中明确指出。
二、结构设计要点（一）布管操作以某实际设计为例，换热管外径19mm用户将布管间距设置为23.75mm，将排列方式要求为转角正三角形，因此理论上来说孔桥宽度只能够为4.75mm，在制造中胀接环节操作具有一定难度。
按照双管板换热器传统经验结合相关企业自行加工制造能力，可将换热管与管板之间的胀接设定为液袋柔性胀接，其作用原理如下：当液体压力不断上升过程中，换热管受到压力后会出现变形，并且随着压力的增大变形程度也会加大（此变形属于弹性变形），之后在达到塑性变形程度时会被挤压至管板孔壁部位。
双管板换热器
双管板换热器简介双管板换热器是一种常见的换热设备，它适用于多种工业领域，能够高效地实现热量传递。
本文将介绍双管板换热器的原理、结构以及应用领域，以便读者对其有一个全面的了解。
原理双管板换热器利用两根平行的管道，一根为流体介质A的进管，另一根为流体介质B的进管。
两个管道之间通过一系列的平行板片隔开，使介质A和介质B之间产生对流与传热。
其中，流体介质A在进管中流向换热器，通过热交换与流体介质B直接进行换热，然后流向出管；而流体介质B则相反。
在传热的过程中，介质A和介质B的热量通过板片直接传导，实现了高效的传热效果。
双管板换热器可以根据需要进行多种形式的设计，包括平行流、逆流和交叉流等，以满足不同的工艺要求。
结构双管板换热器的结构主要由以下几个组成部分构成：1.壳体：壳体是双管板换热器的外壳，用于容纳管道和板片。
它通常由金属材料制成，具有良好的密封性和耐腐蚀性。
2.进管和出管：进管和出管是介质A和介质B的进出口，通过它们进入和离开换热器。
3.板片：板片是双管板换热器中最重要的组成部分。
它们位于进管和出管之间，负责实现介质A和介质B之间的传热。
板片通常是波形的，以增加接触面积和热交换效率。
4.密封圈：密封圈用于保持板片的密封性，防止介质A和介质B之间的交叉污染。
它通常由橡胶或其他可靠的密封材料制成。
应用领域双管板换热器广泛应用于各种工业领域，包括化工、制药、食品加工等。
其主要应用如下：1.蒸汽冷凝器：双管板换热器可以将蒸汽中的热量传递给冷却介质，实现蒸汽的冷凝。
2.热水供暖系统：双管板换热器可以将燃气锅炉产生的热水传递给供暖系统，提供舒适的室内温度。
3.热交换站：双管板换热器可以用于热网中的热交换站，将供热水与回收水进行热交换，以提高热能利用效率。
4.化工生产：双管板换热器可以在化工生产过程中实现不同介质之间的传热，以满足工艺要求。
5.污水处理：双管板换热器可以将废水中的热量传递给清水，提高能源利用效率。
分离式双管板热交换器的设计及制造要点
板孔的合理 间 隙.考 虑 到 双 管 板 结 构 的 特 殊 性,
管板孔表面粗糙度 Ra 应不大于 １２．
５μm,有利于
加,不 利 于 整 台 热 交 换
２)管板 孔 与 管 板 密 封 面 的 垂 直 度 要 求. 对
g 为隔离腔长度.
本文结合工程实例讨论分离式双管板热交换
收稿日期:
２０２０
Ｇ
１０
Ｇ
２８.
作者简介:许伟,男,
２００２ 年 毕 业 于 浙 江 大 学 过 程 装 备 与 控
制工程专业,工 学 学 士,主 要 从 事 静 设 备 设 计 工 作,高 级 工
程师.
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２
石 油 化 工 设 备 技 术
２０２１ 年
表 １ E
Ｇ
３０８ 设计参数
质中,会引起后续的吸附塔中吸附剂含水量超标,
影响吸附剂性能,故 该 热 交 换 器 采 用 分 离 式 双 管
项目
壳程
管程
板结构,以避免管、壳程介质的窜漏.为了便于管
操作介质
中压蒸汽
束抽 出 清 洗,内、外 管 板 均 兼 做 设 备 法 兰,分 别 与
２４４ ℃ 考 虑,内 管 板 平 均 金 属 温 度 按 １８２ ℃ 考
虑,内、外 管 板 间 距 按 GB/T１５１ 中 公 式 (
７
Ｇ
１３５)
计算的值约为１７８mm,设计取g＝１９０mm,计算
结果偏于保守.
２ 分离式双管板热交换器的制造要点
毕业设计(论文)流量为200th双管程固定管板式换热器设计(全套图纸)
Compute in the traditional craft in include to transmit heat an area calculation, spread a calories calculation and transmit heat coefficient to really settle and change hot path inside the tube and change hot tube model number of choice, and transmit heat coefficient, press to decline and checking of wall calculate etc. problem.
Key word: Change a hot machine; Float to take care of plank; Transmitheat a calculation; The strength school checks
双管板换热器的设计及制造
图 ３ 变形 示 意图
１ 外侧 管板 ． ２ 内侧管 板 ．
之问距 。穿入全部换 热管后 ，以外侧管 板面 为基 准 ，调 整换热 管伸 出管 板面 的长 度为 ２～３ ｍ。双 管板与换 热 ａ ｒ 管连接的顺 序为 ，先胀接 内侧 管板与换 热管 ，后焊接 外
（）管子伸 出管板 面长 度 为确 保焊 接 的可 靠性 ， ２ 避免水压试验 时部分连接接头 泄漏 ， 选择 了如 图 ２ 故 所 示的结构。管子伸出管板 面 的长 度为 ２ ｍ ａ ｒ 。这 种结构 既 可使管板与管 子焊缝高度增 加 ，又不会熔 化管头 ，从 而 增加了连接接头的强度及密封性能，保持管端 圆整无缺。
体 ， 图样压力进行水压及 气密性试验 。最后 对管程进 按
行气 压试验 。
压胀 。对于碳素钢及其合金钢保持管板 与管子之 间一定
的硬度差是改善胀接质量的重要途径 之一 ，通常将 硬度
四、建议
１ ）严 格控 制可能影 响双 管板 同心度 、平行度 、扭
差控制在 ３０ Ｒ ０Ｈ Ｃ左右。对 于奥 氏体 不锈钢 ，虽然 因材
穿。
受设备的机 械载荷 与热载荷 。承载能力主要取 决于双 管
板问距 。并且对 固定式双管板进 行壳程水压 试验时 ，内
侧管板 与换热管连接处可 能存 在泄漏 ，故在确 定双管板
问距时必须考虑观察 、检漏所需要 的最小空 问。综合考
虑 ，隔离腔 问距为 ５ ｒ ０ ｍ。 ａ
２
（）管束 与 壳体 组 装 在 壳体 内组装 拉 杆 、折 流 ２
Ｇ Ｍ 通 用 螽ｉ ｎｌ Ｉ 霾
２７ ７ …３ ０￣ ２ ０ 期 ７
Ｗ Ｗ ｔｘ ｎｔ Ｗ ．ｙ ．ｅ ｊ
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双管板换热器的结构设计
【摘要】本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，详细概述了有关设计条件和计算两方面的要点，并给出了几点需要注意的问题，以期能为双管板换热器的结构设计提供参考借鉴。
【关键词】双管板换热器；结构设计；问题
所谓的换热器，就是是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
而双管板换热器比一般的换热器结构复杂，因此在设计过程中要更加重视。
基于此，本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，以期能为双管板换热器的结构设计提供参考借鉴。
1.设计条件
某一项目烧碱装置后冷却器设计条件见表1。
该设备壳程介质为氯气，管程介质为循环水，如果两个介质发生泄漏，相接触就会产生强腐蚀性的盐酸或次氯酸，对该设备造成严重的腐蚀。
所以该设备选择双管板换热器，为绝对避免壳程介质与管程介质相接触，设置积液程结构，并设有放空口和排净口（取样口）进行泄漏检测，该设备结构如图1所示。
2.设计计算
本文主要介绍管板强度的设计计算及积液程长度L的计算及其相关规定，其他受压元件的计算方法，与普通的单管板换热器计算方法相同，计算时可参考GB151—1999等相关规范···，这里不再赘述。
2.1管板强度计算
双管板换热器的设计计算，在我国现行的标准规范GBl51中，没有该结构形式的管板厚度计算方法。
由此，本文参考TEMA标准及文献[2]，认为双管板换热器的管程管板（也称外管板）和壳程管板（也称内管板）都能单独满足相应设计工况的设计前提下，确定该换热器管板厚度的计算方法。
（1）管程管板厚度计算。
运用SW6强度计算软件进行换热器的设计时，管板形式选择延长部分兼作法兰的固定式管板，设计参数按以下情况考虑：①设计压力和设计温度按管程工况确定；②壳程和换热管金属壁温按壳程和管程工况确定；③管板与换热管的连接为强度焊；④换热管长度为换热管总长度，换热管有效长度为管程管板内侧间的距离，换热管受压失稳的当量长度Lcr按GB151图32选取。
（2）壳程管板厚度计算。
管板形式选择为不带法兰固定式管板（与两端筒节为焊接连接）设计参数按以下情况考虑：①设计压力和设计温度按壳程工况确定；②壳程和换热管金属壁温按壳程和管程工况确定；③管板与换热管的连接为强度胀接；④换热管长度为壳程管板外侧间的距离，换热管的有效长度为壳程管板内侧间的距离。
2.2 积液程计算
积液程（也称为聚液程）为管程管板和壳程管板之间的一个独立的腔体，所以对于双管板换热器这类多腔体设备，在技术特性表中，不仅要体现管程和壳程技术参数，还要体现积液程技术参数。
积液程壳体的长度L的确定，主要考虑两块管板由于使用温度的不同而产生径向位移作用在换热管上，引起弯曲应力和剪应力。
这里按照TEMA标准相关章节进行计算：
3.需要注意的问题
3.1管程与壳程管板厚度计算时的相互协调
（1）由于管程管板与壳程管板厚度计算时的条件不同，由此管板厚度计算值将会不同，允许对管程管板、壳程管板厚度采用各自的厚度计算值，不需要选取其两者较大的厚度计算值为管程管板和壳程管板厚度统一取值HJ。
（2）在管程管板和壳程管板厚度计算时，由于管板与换热管的连接分别为强度焊和强度胀接，拉脱应力的许用值不同，可能出现对膨胀节的不同要求，在出现该情况时，需按照对膨胀节相同要求进行管程管板和壳程管板厚度的计算。
3.2关于换热管与管板的连接
管程管板与换热管的连接采用强度焊加贴胀，壳程管板与换热管的连接采用强度胀。
胀接应采用液压胀，并做胀接工艺评定，也可采用评定合格的机械胀，开槽位置和尺寸可根据胀接工艺评定调整，开槽数量不得少于两条，见图2。
3.3压力试验
（1）内管板与换热管强度胀接后，壳程进行水压试验，水压试验合格后，再进行气密性试验。
检验合格后进行外管板与换热管的连接组装。
（2）外管板与换热管强度焊（氩弧焊）+贴胀连接组装后，焊后对焊接接头进行渗透检测，合格后进行积液程筒体的连接组焊。
（3）积液程进行水压试验，试验合格后，再进行气密性试验。
（4）壳程进行氨渗漏试验，同时在积液程的排净口处进行氨渗漏试验，以检查外管板与换热管的连接接头。
（5）管箱组装完成后，对管程进行压力水压试验。
3.4有关材料
考虑到管程管板和壳程管板任一块管板失效，设备还能坚持运行一段时间，而且管程与壳程两种介质不能接触的前提下，管程管板和壳程管板都要选取两者中较高的相同材料；积液程壳体材料选取管程和壳程两者中较高的材料，但最低要求为S30408（06Crl9Nil0）不锈钢；因积液程存在，工艺介质在事故状态时只能运行一段时间，所以其腐蚀裕量无需考虑。
4.结语
综上所述，换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
而由于双管板换热器的结构较为复杂，做好有关方面的结构设计就显得极其重要。
本文在双管板换热器的结构设计上给予了一定参考借鉴，相信对此设备的设计能有一定的帮助。
【参考文献】
[1]王树明.双管板换热器制作[J].城市建设理论研究，2013（20）.
[2]郁辉，王秀芝，胡艳芳.双管板换热器的结构及制造工艺合理设计[J].中国石油和化工标准与质量，2012（04）.。