浅谈列管式换热器的结构设计

徐洁

一、设计的既定假设条件

1.对甘油和冷却水的要求

在设计中甘油和冷却水是最基本的材料，为使此次设计能达到一个较好的效果，本文对甘油和冷却水的条件进行了如下假设：

1.1对甘油的要求

1.1.1处理量： 10～15kg/s

1.1.2压强降：<101.3kPa

1.1.3流入管口温度：100～120℃

1.1.4流出管口温度：40～50℃

1.2对冷却水的要求

1.2.1压强降：<101.3kPa

1.2.2流入管口温度：20～25℃

1.2.3流出管口温度：30～35℃

2.设计中应完成的任务

需完成设计任务如下：

按照设计的既定条件选用合适的换热器型号，测算压力降和换热面积是否符合要求，完成壳体和管道以及壳体和管板之间的连接设计，计算出折流板的数目等。

3.设计中应遵循的原则

3.1符合操作及工艺的要求

3.2符合经济的实际要求

3.3符合安全生产要求

三、设计流程

1.管束和管壳的分程设计

1.1管束分程

通常情况下换热器内部增加管束就会引起传热系数和管内流速的降低，因此在这种情况下可以进行管束分程。这样就应在换热器的管箱中铺设相关的隔板，同时还要注意防止温差应力的产生。

1.2壳程分程

本文考虑到相关的制造困难，对于壳程的分程不超过2。

2.传热管的选择

因本文所设计的换热器传热系数并不高，故采用异形管进行传热强化，以提高传热膜的相关系数。对管子进行选择时应根据我国的现有管长的规格系列，合理使用管材减少了相关的浪费。

3.传热管的布置

在换热器的结构设计中应将管子均匀而紧凑的放置在换热器的截面上，并充分考虑流体的性质和制造上的问题。

管子可以按照排列较紧凑利于表面传热的等边三角形形状进行排列。

4.管板的选择

在换热器的设计中采用管板来固定换热管和分隔管程、壳程。

用耐腐蚀材料的管板应对腐蚀性流体，同时用薄型管板来承受高温高压并起到降低相关温差应力的作用和满足高压对机械应力的要求。

5.传热管和管板的连接

在充分考虑到固定管板式列管式换热器的连接处要承受一定的轴向力，采取相关的焊接措施避免因温度变化较大产生热应力而致使管子从管板脱落。

6.折流板的设计

为了提高流体的对流传热系数以及获得较好的传热效果，设计时须考虑到用折流板，且必须保证其尺寸和间距适中。通常情况下圆缺形挡板，易形成死区，不利于传热，并产生流体阻力。一般而言切口的高度和直径的比为：0.15～0.45，其中0.20和0.25两种比较常见。经计算切去的圆缺的高度为270mm，折流板数为29。

7.壳体直径和厚度的设计

根据所计算出的管数、管径、管中心距和管子的实际排列方法等，并用作图法确定壳体的内径。为了将管子均匀排列，防止流体走‘短流”，可适当增减一些管子。

8.固定管子的方法

通常情况下采取焊接和胀接的方式将管子固定在管板上。选择这些方法的原则就是必须保证管子和管板能够牢固地连接在一起并且使得连接处不产生泄漏。

9.材料的选择

换热器的材料须根据操作的压强、温度和流体的腐蚀性来选择。一般材料在高温下机械性能和抗腐蚀性能可能降低，并且比较少同时具备耐热、高强度和耐腐蚀。所以选择好的材料，也是首要的关键之一。

四、总结

换热器的使用在现实的工业生产中应用较为广泛，为了更好地符合现代工业生产技术的需求，本文通过对换热器结构的设计增进对换热器的了解。

参考文献

[1]王国胜.化工原理课程设计[M]大连：大连理工大学出版社2006，8.

[2]陈敏恒，方图南.化工原理[M]北京：化学工业出版社2006，5.

[3]GB4557.1-84机械制图图纸幅面及格式.

[4]机械工程学会焊接学会编，焊接手册，第3卷，焊接结构，北京；机械工业出版社1992年.