氨冷却器

管壳式换热器（1）固定管板式换热器：其结构如图1所示。

固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。

管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。

这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。

与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程，同时制造成本较低。

由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产生污垢也便于清洗。

如果管子发生泄漏或损坏，也便于进行堵管或换管，但无法在管子的外表面进行机械清洗，且难以检查，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。

更主要的缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生较大的温差应力，因此为了减少温差应力，通常需在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生较大变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力图1固定管板式换热器（2）浮头式换热器：其结构如图2所示。

浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。

浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。

由上述特点可知，浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合，尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。

图2浮头式换热器（3）U型管式换热器：其结构可参见图3。

一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束，从而省去了一块管板与一个管箱。

因为管束与壳体是分离的，在受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温差应力。

其结构简单，造价便宜，管束可以在壳体中抽出，管外清洗方便，但管内清洗困难，故最好让不易结垢的物料从管内通过。

由于弯管的外侧管壁较薄以及管束的中央部分存在较大的空隙，故U型管换热器具有承压能力差、传热能力不佳的缺点图3 U型管式换热器（4）双重管式换热器：将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器，其结构可以参看图4。

管程流体（B流体）从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底部，然后返回，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。

其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。

因此，它适用于温差很大的两流体换热，但管程流体的阻力较大，设备造价较高。

图4双重管式换热器（5）填料函式换热器：图5为填料函式换热器的结构。

管束一端与壳体之间用填料密封，管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰和壳体法兰之间，用螺栓连接。

拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。

管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。

由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低，但填料处容易泄漏，工作压力与温度受一定限制，直径也不宜过大。

图5填料函式换热器1.3 管壳式换热器特殊结构包括有双壳程结构、螺旋折流板、双管板等特殊结构，这些结构将使换热器拥有更高的工作效率。

（1）双壳程结构：在换热器管束中间设置纵向隔板，隔板与壳体内壁用密封片阻挡物流内漏，形成双壳程结构。

如下图6所示，适用场合：①管程流量大壳程流量小时，采用此结构流速可提高一倍，给热系数提高1～1.2倍；②冷热流体温度交叉时，但壳程换热器需要两台以上才能实现传热，用一台双壳程换热器不仅可以实现传热，而且可以得到较大的传热温差。

图6双壳程结构（2）螺旋折流板式换热器：在管壳式换热器中，壳程通常是一个薄弱环节。

如图7所示，通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统（z字形流道），这样会导致较大的死角和相对高的返混。

而这些死角又能造成壳程结垢加剧，对传热效率不利。

返混也能使平均温差失真和缩小。

其后果是，与活塞流相比，弓形折流板会降低净传热。

优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求，故不适用于有高热效率要求的场合。

图7螺旋折流板式换热器（3）双管板结构（P型换热器）：在普通结构的管板处增加一个管板，形成的双管板结构用于收集泄漏介质，防止两程介质混合。

如图8所示，现在国产品牌较少，价格昂贵，一般在10万元以上，进口可以到几十万。

符合新版GMP规定，虽价格昂贵，但决定其市场广阔。

图8双管板结构1.4 换热管简介换热管是管壳式换热器的传热元件，采用高效传热元件是改进换热器传热性能最直接有效的方法。

国内已使用的新效的换热管有以下几种：(1) 螺纹管：如图8所示，又称低翅片管，用光管轧制而成，适用于管外热阻为管内热阻1.5倍以上的单相流及渣油、蜡油等粘度大、腐蚀易结垢物料的换热。

图8(2)T形翅片管：用于管外沸腾时，可有效降低物料泡核点，沸腾给热系数提高1.6～3.3倍，是蒸发器、重沸器的理想用管。

（3）表面多孔管：如图9所示，该管为光管表面形成一层多孔性金属敷层，该敷层上密布的小孔能形成许多汽化中心，强化沸腾传热。

图9（4）螺旋槽纹管：如图10所示，可强化管内物流间的传热，物料在管内靠近管壁部分流体顺槽旋流，另一部分流体呈轴向涡流，前一种流动有利于减薄边界层，后一种流动分离边界层并增强流体扰动，传热系数提高1.3～1.7倍，但阻力降增加1.7～2.5倍。

图10（5）波纹管：如图11所示，为挤压成型的不锈钢薄壁波纹管，管内、管外都有强化传热的作用，但波纹管换热器承压能力不高，管心距大而排管少，壳程短而不易控制。

图11▪1.5换热器的安装方法安装换热器的基础必须满足以使换热器不发生下沉，或使管道把过大的变形传到传热器的接管上。

基础一般分为两种：一种为砖砌的鞍形基础，换热器上没有鞍式支座而直接放在鞍形基础上，换热器与基础不加固定，可以随着热膨胀的需要自由移动。

另一种为混凝土基础，换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固的连接起来。

在安装换热器之前应严格的进行基础质量的检查和验收工作，主要项目如下：基础表面概况；基础标高，平面位置，形状和主要尺寸以及预留孔是否符合实际要求；地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全；放置垫铁的基础表面是否平整等。

基础验收完毕后，在安装换热器之前在基础上放垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好的接触。

垫铁厚度可以调整，使换热器能达到设计的水平高度。

垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性，并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。

垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。

其中，斜垫铁必须成对使用。

地脚螺栓两侧均应有垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。

换热器就位后需用水平仪对换热器找平，这样可使各接管都能在不受力的情况下连接管道。

找平后，斜垫铁可与支座焊牢，但不得与下面选择被加热的水走管程，被的冷却的NH 4/CO 2/水走壳程。

这是因为：腐蚀性,易结垢流体宜走管程,以免管束和壳体同时受腐蚀,且清洗,检修方便。

2.3 换热管的选择与管数计算2.3.1 根据设计条件选起换热器管子规格：φ25x2.52.3.2根据LD ⋅⋅A =πn 计算管子根数，初选L=2 75.3535.4025.014.3125n =⨯⨯=⋅⋅A =L D π 由1L =59.1025.075.353125nd o =⨯=⋅ππS 故换热管长度L=22.3.3确定管程数795.0259.11p ===L L N 故 1p =N 2.3.4换热管中心距a ：查GB151-1999得mm 32a =见下表1-1 管子外径e d /mm 间距t p /mm 隔板中心到管中心距离F/mm1925.431.838.1 25 32 40 4819 22 26 30表1-1此时选择正三角形排列方式（如图a 所示），因为在一定的管板面积上可配置较多的管子，而且管外表面传热系数较大。

图a壳程： NH 4/CO 2/水管程：水n=353.751L =1.59 L=21p =N()()3.493.1223.12120012e e i =⨯+⨯=+=δδσD P T T 3.4 换热管换热管的规格为25 2.5Φ⨯，材料选为20号钢。

3.4.1 换热管的排列方式换热管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形错列三种排列方式。

各种排列方式都有其各自的特点：①正三角形排列：排列紧凑，管外流体湍流程度高；②正方形排列：易清洗，但给热效果较差；③正方形错列：可以提高给热系数。

（1）正三角形排列 （2）正方形排列（3）正方形错列在此，选择正三角形排列，因为在一定的管板面积上可配置较多的管子，而且管外表面传热系数较大。

查GB151-1999可知，换热管的中心距a=32mm,分程隔板槽两侧相邻管的中心距为44mm ； 3.4.2 布管限定圆L D布管限定圆L D 为管束最外层换热管中心圆直径，其由下式确定： ()b b b 221i ++-=D D L查GB151-1999可知，b=5,5b 1=,由 5.1b b n 2+=故5.15b 2=，则()5.11745.15551200=++-=L D mm 3.4.3 排管排管时须注意：拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，在靠近折流板缺边位置处布置拉杆，其间距小于或等于700mm 。

拉杆中心至折流板缺边的距3.49=T σ5.1174=L D离应尽量控制在换热管中心距的（0.5～1.5）3范围内。

实际排管如下所示：3.4.4换热管与管板的连接换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。

强度胀接主要适用于设计压力小≤4.0Mpa；设计温度≤300℃；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。

除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。

胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。

在此，根据设计压力、设计温度及操作状况选择换热管与管板的连接方式为强度焊。

这是因为强度焊加工简单、焊接结构强度高，抗拉脱力强，在高温高压下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。

3.4.5换热管束的分程在这里首先要先提到管箱。

管箱作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到换热管和把管内流体汇集在一起送出换热器，在多管程换热器中管箱还起改变流体流向的作用由于所选择的换热器是1管程, 故管箱选择为多程隔板的安置形式, 而对于换热管束的分程，为了接管方便，采用平行分法较合适，且平行分法亦可使管箱内残液放尽。

t D ——管板布管区当量直径，mm ，4tt A D π=d ——换热管外径，mm ；p E ——设计温度时，管板材料的弹性模量，Mpa ； f E ——设计温度时，换热管材料的弹性模量，Mpa ；we G ——系数t K ——管板边缘旋转刚度参数，Mpa ；2t 1t t K K K +=（对于a 行链接方式t K =0 K ——管束无量纲刚度，Mpa ；L ——换热管有效长度（两管板内侧间距），mm ； l ——换热管与管板胀接长度或焊脚高度，mm ；n ——换热管根数；a P %——无量纲压力，c P ——当量压力组合；Mpa ；3.6.2 折流板排列3.6.3 折流板的布置一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口管，其余折流板按等距离布置。