换热器讲义

11.2.4 折流板和支持板最小厚度：根据换热器直径和换热管无支撑跨距查GB151 表34。

工程设计中应注意如下：（1）表34 值为卧式换热器折流板的最小厚度（2）立式换热器无腐蚀时，可适当减薄（3）需抽管束且重量较重时，应适当加厚（4）有振动时，应适当加厚11.3 支持板（1）当换热器不需要设置折流板，但换热管无支撑跨距大于GB151 表42 规定时，应设置支持板。

（2）浮头换热器浮头端宜设置加厚的圆环形支持板11.4 U 形换热器的尾部支持U 形换热器中，靠近弯管段起支撑作用的折流板，结构尺寸A+B+C 大于GB151 表42规定时，应在弯管部分加支撑。

11.5 折流杆：用与换热管垂直的四组圆钢所形成的“井”字将换热管固定住。

折流杆换热器使壳程流体沿着管束轴线纵向流动，从而彻底消除流体横向流动而产生的诱发振动。

并且折流杆会使流体不断地产生卡门漩涡以提高传热的效率。

同时由于没有横向流动，故壳程流体压降较底。

折流杆换热器的关键技术在于正确的传热工艺计算及制造组装技术。

折流杆的直径等于换热管的间隙；可视一组折流圈相当于一块折流板（或支板承）11.6 螺旋折流板由数块扇形板排列在有一定升角的螺旋线上，使流体在壳体内形成螺旋流，其特点为：(1)可以使流体达到近似于柱塞流的效果；(2)返混程度很低，几乎没有流动的死区；(3)传热效率提高的同时，又获得了较佳的压降；(4)传热系数与螺旋角关系密切，最佳的螺旋角为25°~40°；(5)为减少无支撑跨长避免振动可用二头或多头螺旋。

11.7 拉杆，定距管：（1）换热管外径≥19mm 时，采用拉杆定距管结构；（2）换热管外径≤14mm 时,采用拉杆与折流板点焊结构；（3）拉杆应尽量均匀布置在管束外边缘。

对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3 个支承点。

（4）拉杆直径和数量根据GB151 表43,表4411.8 防冲与导流（1）管程设置防冲板条件：当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3m/s 时，应设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。

（2）壳程设置防冲板条件：当壳程进口管流体的ρν 2 为下列数值时，应在壳程进口管设置防冲板或导流筒：非腐蚀，非磨蚀的单向流体的ρν2>2230kg/(m.s2)；其他液体，包括沸点下的液体ρν2>740kg/(m.s2)；有腐蚀或磨蚀的气体，蒸汽及汽液混合物，应设置防冲板; （3）壳程设置导流筒条件：当壳程进出接管距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒。

以减少流体停滞区，增加换热管的有效换热长度。

（4）防冲板：a) 防冲板外表面到圆筒内壁的距离，应不小于接管外径的1/4;b) 防冲板的直径或边长，应大于接管外径的50mm;c) 防冲板的最小厚度：碳钢为4.5mm,不锈钢为3mm。

d) 防冲板的固定形式有：－防冲板焊在拉杆或定距管上；－防冲板焊在靠近管板和进口管的第一块折流板上；－防冲板焊在圆筒上（考虑穿管，拉杆应固定在远离防冲板一侧的管板上）；－防冲板与换热管采用U 形螺栓固定；－由于结构原因无法设置防冲板时，在靠近进口管附近的换热管设置防护板。

（5）导流筒：导流筒分内导流筒和外导流筒a)内导流筒：内导流筒外表面到壳体内壁的距离宜不小于接管外径的1/3。

导流筒端部至管板的距离，应使该处的流通面积不小于导流筒的外侧流通面积。

b)外导流筒：内衬筒内表面到外导流筒的内表面距离为：接管外径d≤250mm 时，间距≥50mm；接管外径d>250mm 时，间距≥75mm。

c)立式外导流换热器，应在内衬筒下端开泪孔。

11.9 双壳程结构当管程流量较大，壳程流量较大、壳程流量较小时，或为达到全逆流传热的目的，采用双壳程是很普遍的。

双壳程设计的关键在于纵向隔板的密封和安装结构，GB l51 有下列三种结构型式，见下图。

图中(a)（b）、（c）三种型式都适用于不抽芯式的换热器，其优缺点如下：（1）（a）型：组装很方便，但密封结构较为复杂，也可用于浮头式或U 形管式换热管的可抽管束；（2）（b）型：隔板必须先焊人壳体，因此组装管束十分困难；（3）（c）型：作为固定管板换热器的使用，比（b）型组装简单，可在壳体外侧基本完成管束的组装；也可用于U 形管式换热管器的可抽管束。

纵向隔板的最小厚度为6mm,当壳程压力降较大时，隔板应适当增加。

12 浮头盖和钩圈12.1 浮头盖浮头盖相当于管程的一个管箱，通常为带法兰的球冠形封头结构。

其浮头法兰的设计计算按GB150。

带有分程隔板的碳钢和低合金浮头盖要热处理。

12.2 钩圈钩圈对于保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起重要作用。

GB 151 给出了两种钩圈的结构型式。

(1)A 型钩圈为传统的结构形式，其厚度计算公式是活套法兰的计算式，因其剖分为两半，故其厚度为整体活套法兰的2 倍；这种钩圈，加工要求低，但过大的结构尺寸会造成双头螺柱长，刚性差，同时会在浮头端造成过大的介质停滞区，减少了有效换热面积。

鉴于B 型钩圈近30 年的成功使用，目前A 型钩圈在国内的应用已愈来愈少。

(2)B 型钩圈的计算公式是个经过验证的经验公式，其优点是双头螺柱短、钩圈薄、浮头端停滞区相对A 型要少，但加工有难度，要达到B 型钩圈的良好性能必须要保证以下两点：——应保证浮头管板外径与钩圈内径0.4mm 的径向间隙，在拧紧螺栓时间隙消失，从而使管板对钩圈起到支撑作用，控制了钩圈的转角变形，也能保证螺栓不致产生过大的弯曲变形，因此保证了有效的密封；——保证颈部承受剪切载荷的30mm 的厚度。

JB/T4714《浮头式换热器冷凝器型式与基本参数》系列就是采用B 型钩圈。

工程设计中采用B 型较多。

12.3 浮头法兰垫片：一般应采用金属包垫片或缠绕垫，不宜采用非金属垫。

13 填料函换热器13.1 填料函换热器结构形式填料换热器结构有：外填料浮头式；单填料函滑动管板式双填料函滑动管板式填料函换热器不适用于易燃，易爆，有毒及贵重介质。

14．支座14.1 卧式换热器鞍座布置原则：a)当L≤3000mm 时，两鞍座之间距离取LB=(0.4~0.6)L;b)当L＞3000mm 时，两鞍座之间距离取LB=(0.5~0.7)L;c)尽量使Lc 和Lc’相近。

14.2 立式换热器耳座布置原则：a) 公称直径DN≤800mm 时，至少应安装两个支座，且对称布置；b) 公称直径DN＞800mm 时，至少应安装四个支座，且均匀布置。

14.3 重叠式换热器支座安装要求：a) 重叠式换热器之间支座应设置调整高度用的垫板；b) 支座底板到设备中心线的距离应比接管法兰密封面到设备中心线的距离至少小5mm；c) 重叠式换热器支座除按JB/T4712 选用外，必要时应对支座和壳体进行校核；d) 当重叠式换热器质量较重时，可增设一组重叠支座。

15 换热器附件1）起吊附件质量大于30KG 的管箱及平盖宜设置吊耳。

2）环首螺钉浮头换热器，U 形换热器，填料函换热器及釜式重沸式换热器可在管板上设置环首螺钉孔；在正常操作时，应安装丝堵和垫片加以保护；维修时换装环首螺钉以便抽装管束。

3）滑道浮头换热器，U 形换热器，釜式重沸式换热器应设置滑道，以便抽装管束。

4）防松支耳浮头换热器，U 形换热器，釜式重沸式换热器宜设置防松支耳。

5）顶丝浮头换热器，U 形换热器，釜式重沸式换热器宜设置顶丝。

16 换热管与管板的连接换热管与管板的连接(以下简称管接头)的质量是换热器质量的最重要的标志，换热器的失效绝大多数集中在管接头上，因此合理选用安全可靠的管接头型式，使用相应的加工设备与技术是换热器制造技术的关键。

管接头的型式有以下几种：（1）强度胀(strength expanded joint)；（2）强度焊(strengthweldedjoint)；（3）强度胀加密封焊(strength expanded puls seal welded joint)；（4）强度焊加贴胀(strength welded puls light expanded joint)；对一些比较苛刻的使用场合也有用强度胀加强度焊的管接头连接型式。

16.1 胀度强度胀中，根据不同的材料、管孔和换热管尺寸，选择—个适宜的胀度公式并通过试验确定—个合适的胀度，是十分重要的。

而管壁减薄率胀度公式在国内外制造业中应用十分广泛。

式中：K——胀度(管壁减薄率)，％；d2——换热管胀后内径，mm；d i——换热管胀前内径，mm；b——换热管与管板管孔的径向间隙(管孔直径减换热管的外径)，mm；δ——换热管的壁厚，mm。

K 的控制值见下表。

该胀度值的确定，考虑了换热管的材料、管径和管子壁厚的影响，所以适应性比较好。

贴胀系指消除换热管与管孔之间缝隙的轻度胀接(light expanding)，贴胀要有一定的胀度，按壁厚减薄率胀度取Z22％左右为宜。

16.2 强度胀的应用16.2.1 强度胀的适用范围GB l51 规定强度胀的适用范围为：设计压力P≤4Mpa；设计温度T≤300℃；操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀。

在上述因素中，温度及振动的影响是关键的，在温度不高的情况下，适当调高压力也是允许的。

国外的制造经验表明，在电力行业中的给水加热器，当采用多个开槽(3~4 个槽)的强度胀接时可用于设计温度300℃时高达10MPa 以上的设计压力。

16.2.2 强度胀的设计施工要求(1)胀接长度：取管板厚度减3mm 和50mm 两者的小值，这与TEMA 的R 及B 类相同，TEMA 的C 类还要考虑2 倍的管外径三者的小值。

(2)管孔开槽对提高密封性能和增加拉脱力是最有效的方法，强度胀—般开两个糟或更多，但在温度、压力都很低的工况中，也可不开槽或开—个槽。

．强度胀结构的开槽尺寸8-3-6-3mm 的规定是为了在较薄的管板(如25mm 厚)开两个槽的需要，当管板较厚时，这个尺寸是可以改变的；对于机械胀接3mm 宽的槽是可行的，然而，当使用柔性胀接时，必须加宽槽的宽度尺寸，“容规”第105 条推荐槽宽等于(1.1—1.3) dt ，(d——换热管的平均直径；t——换热管壁厚)，如：φ25×2.5 的换热管开槽宽度应为8.7mm~10.3mm 之间，所以GB 151 中规定可根据不同的胀接方法修改有关尺寸。

(3)强度胀要求换热管伸出管板的长度不小于3mm，是保护管板与换热管始胀处不受冲刷，同时无论是强度胀还是贴胀，胀接长度不准超出管板背面，并应离开3mm，是为了避免换热管被胀接碾成环状压痕而产生破坏。

(4)严格控制管孔与换热管的径向间隙，应该说径向间隙是影响管接头胀接质量的最重要的因素；因为胀接时必须先消除间隙然后继续胀才能达到胀接的目的，所以间隙愈大愈易过胀，GB 151 中I 级管束的胀接质量肯定比Ⅱ级的好，而且在管子与管板不存在硬度差时，间隙的控制至关重要的，TEMA 要求不锈钢换热管与不锈钢管板在胀接时，采用“特殊紧配合”也就是用小间隙弥补无硬度差。