换热设备第2讲-管板计算
制冷换热器管板计算
制冷换热器管板计算制冷换热器管板是一种常见的传热器件，广泛应用于制冷、空调、化工等行业中。
其主要工作原理是通过管子将热量从一个介质传递到另一个介质，并使两种介质之间的温度差达到预定要求。
管板计算是设计管板的重要一环，下面将详细介绍制冷换热器管板计算的相关内容。
一、制冷换热器管板计算的目的制冷换热器管板的计算的主要目的是确定管板的结构尺寸和热传递面积。
通过计算，可以得到管板上每根管子的位置、间距和径向布置方式。
同时，还可以确定单根管子的长度和管子之间的距离，以及管子与管板之间的间隙大小。
这些参数都是设计制冷换热器管板时必须要确定的。
二、制冷换热器管板计算的基本原理制冷换热器管板计算的基本原理是对流传热学原理和机械结构力学原理的综合应用。
首先需要确定换热要求，包括制冷侧和冷却剂侧的温度和流量，以及传热区域的热传递系数。
然后根据这些参数，通过理论计算或实验结果，确定换热管子的直径和长度。
最后，根据管子的数量和排列方式，确定管板的结构尺寸。
三、制冷换热器管板计算的具体步骤1.确定制冷侧和冷却剂侧的热传递参数，包括流体温度、流速和热传递系数等。
这些参数可以通过实验或理论计算得到。
2.根据热传递参数和传热公式计算出单根管子的传热功率。
传热公式可以根据换热介质的不同选择不同的模型。
3.确定单根管子的直径和长度。
根据传热功率和传热系数，可以通过传热方程计算出单根管子的长度。
4.确定管子的排列方式和管板的结构尺寸。
根据工艺要求和管子的尺寸，可以选择不同的管子布置方式，如等间距排列、等径向布置等。
然后根据管子的数量和间距，确定管板的结构尺寸。
5.进行强度计算。
计算管板的刚度和强度，以确保管板在工作条件下不会发生变形和破坏。
四、制冷换热器管板计算的常见问题在制冷换热器管板计算中，常见的问题包括管子的数量和管子之间的间距选择、管板的刚度和强度计算、管子与管板之间的间隙控制等。
这些问题都需要根据具体情况进行综合考虑，在满足换热要求的前提下，尽量减小管板的尺寸和重量，降低管子的成本。
换热设备第2讲-管板计算
管壳式换热器简图1-管子；2-封头；3-壳体；4-接管；5-管板；6-折流板管板的设计管板基本情况•••管板基本情况管板基本情况管板强度分析的三种基本假设•••管板结构简化模型1管板结构简化模型2管板结构简化模型3荷、放置在弹性基础上的受管孔均匀削弱的当量圆平板GB151《管壳式换热器》中管板设计的基本考虑••••黄克智院士和管板设计规范黄克智院士和管板设计规范••••黄克智院士和管板设计规范•••黄克智院士和管板设计规范•“全国科学大会奖”••黄克智院士和管板设计规范黄克智院士和管板设计规范••••••管板的设计思路-1• 1 管板的弹性分析变形协调条件管板内力与变形分析管板的设计思路-2• 2 危险工况的确定由于换热器运行时，不能保证管程与壳程压力同时作用，在计算管板应力或厚度时，要考虑以下四种危险工况：a) 只有壳程压力Pt,管程压力Pt=0,不考虑温差b) 只有壳程压力Ps,管程压力Pt=0,考虑温差，正温差比负温差危险，分别为管子与壳体的线膨胀系数分别为管子与壳体的平均壁温为换热器装配时的温度()()00θθαθθα−>−s s t t t αs αt θs θ0θ管板的设计思路-2• 2 危险工况的确定c) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,不考虑温差d) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,考虑温差，负温差比正温差危险，()()00θθαθθα−<−s s t t管板的设计思路-3 3 管板应力的校核径向应力随半径变化曲线管板的设计思路-4 3 管板应力的调整工程中实际做法-1借助压力容器设计软件管板设计的辅助软件管板的计算十分繁杂，尽管GB151提供了便于工程应用的计算式和图表，但手算工作量很大，为此，我国已开发了包括管壳式换热器在内的化工设备强度计算软件，SW6,包括了管板的设计与校核。
SW6-1998 V2.0 《过程设备强度计算软件包》及PVCAD《计算机辅助设计软件包》压力容器设计计算软件包•SW6《过程设备强度计算软件包》，以下简称SW6-98。
管板计算
正方形排列
= =
215666.00
mm2
布积
多管程
三角形排列
= =
管
正方形排列
= =
管板开孔后面积
123381.50
mm2
一根换热管管壁金属横截面积
176.71
mm2
管板布管区当量直径
=524.02
mm
换热管有效长度
L=Lt-2n-2l2=5893.00
mm
管束模数
=2054.86
管束无量纲刚度
Q345R
板材
输入管板名义厚度n
52.00
mm
管板强度削弱系数
0.40
管板刚度削弱系数
0.40
隔板槽面积Ad
23154.00
mm2
换热管与管板胀接长度或焊脚高度l
3.00
mm
设计温度下管板材料弹性模量Ep
191000.00
MPa
设计温度下管板材料许用应力
160.00
MPa
许用拉脱力[q]
54.00
mm
mm
前
校核
端
前端管箱封头名义厚度
mm
管
校核
箱
前端管箱法兰厚度
mm
校核
后端管箱筒体名义厚度
mm
后
校核
端
后端管箱封头名义厚度
mm
管
校核
箱
后端管箱法兰厚度
mm
校核
带法兰凸形封头名义厚度
mm
浮
校核
头
法兰设计厚度
mm
盖
校核
钩圈计算厚度
mm
校核
管
管板名义厚度
换热器矩形管板的计算
３）
、 ＝ｘ ／ ３、 ９／ ０
：
Ｊｍ ｍ
．
—
设计温度下材料的许用应力 ，
＝
若考 虑开 孔 削弱 ，则有
１ ３８Ｎ／ ｍｍ 。
堕 Ｌ ： ４９ ｍｍ ７
‘ 、 Ｏ５ １ ／． ４
矩 形管 板 的几何 尺 寸如 图 １ 示 。 所
３ 按带 底板 半 圆筒 形容器 计算 将 底板 当做 边缘 支持 承受 均布 载荷 的矩 形平板
— —
Ｚ 一 非 圆形平 盖 的形 状 系数 ， ＿ ．
Ｚ＝３． ． ４—２４ａ
，
且 Ｚ≤２５ ．。
开孔 削 弱系数 或 横 向收缩 系数 ，
： ：
经 算 ｚ． ． ＝ —× ｌ２ ， 计 ，＝ — 手３２ ＿ ． ３２ ．． ４ ４ ４ ４ ＝２ ９
取 Ｚ ２５ ＝ ．。
。
０．４１； ５
图 ２ 带 底 板 半 圆 筒 形 召 器 截 面 圈
ｓＣ、 ＝ ｒ／ Ｃｆ ０×２３ 、 ．１５０／ ４ ．× × ５５ ９
＝ ＝
［］＝
ｔ‘ ｌ
（） ３
丽
式中
ｔ Ｋ — 系数 ，Ｋ （ ． ０２ ５ ） １ ８２ — ： Ｏ４ ． ｂ 一 １ ＋ ７
．
．
；
４ ９ ８．８ ｍｍ
ｒｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｓ ｍｅｔ ｐ ｆ ｑ ｉ ｍｅ ｔ． ｅ ｅ ｅ ｃ ｓｆ ｒｔ ａ ｙ ｅ ｏ ｕ ｐ ｎ ｓ ｈ ｅ Ｋｅ ｒ ｓ：Ｈｅ ｔｅ ｃ ａ ｇ ｒ Ｒ ｃ ａ ｇ ｌ ｒｔ ｂ ｌ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ； ｅ ｔ ｎ ａ ｅ ｐ ａｅ；Ｆ ａ ｏ ｅ ；Ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ ｕ ｕ ｌｔｃ ｖ ｒ ｒ ｓ ｕ ｅ ｖ ｓ ｅ
热交换器原理与设计第2章 管壳式热交换器
☆挡管是两端堵死的管子，安置在相应于分程隔板槽后面的 位置上，每根挡管占据一根换热管的位置，但不穿过管板， 用点焊的方法固定于折流板上。通常每隔3～4排管子安排一 根挡管，但不应设置在折流板缺口处，也可用带定距管的拉 杆来代替挡管。
优点：结构简单，制造成本低，规格范围广，工程中应用广泛。 缺点：壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对较脏
或有腐蚀性介质不能走壳程。当壳体与换热管温差很大时， 可设置单波或多波膨胀节减小温差应力。
管壳式换热器结构名称
单程管壳式换热器
1 —外壳，2—管束，3、4—接管，5—封头 6—管板，7—折流板
图2.25 折流板的几何关系
2.2.4 进出口连接管直径的计算
进出口连接管直径的计算仍用连续性方程， 经简化后计算公式为：
D 4M1.13M
πρw
ρw
2.3 管壳式热交换器的传热计算
1) 选用经验数据：根据经验或参考资料选用工艺条 件相仿、设备类型类似的传热系数作为设计依据。 如附录 A。 2) 实验测定：实验测定传热系数比较可靠，不但可 为设计提供依据，而且可以了解设备的性能。但实 验数值一般只能在与使用条件相同的情况下应用。
焊在换热管上）。
图2.23 防冲板的形式
a) 内导流筒 图2.24 导流筒的结构
b) 外导流筒
★导流筒
❖ 在立式换热器壳程中，为使气、液介质更均匀地流入管间， 防止流体对进口处管束段的冲刷，而采用导流筒结构。
高压u形管换热器的管板计算
高压u形管换热器的管板计算换热器是工业和家用空调系统中的重要设备，由内外管壳和一组密封的管道系统组成。
换热器中的管板是决定换热器散热效果的关键。
本文就针对高压u形管换热器，介绍其管板计算方法，并讨论其在设计过程中将如何影响系统散热性能。
管板计算是换热器管板设计的一个重要环节。
由于高压u形管换热器的管道系统中存在复杂的湍流现象，所以它的管板计算要更加复杂和考虑更多的因素。
根据流体动力学的原理，采用压力减损计算、摩擦损失计算和流量计算的方法，可以确定换热器的管板参数，控制其换热散热效果。
压力减损计算是高压u形管换热器的管板计算方法之一，通过模拟管道系统中的实际情况，计算出流体通过管板时压力减损的大小，从而设计出管板结构和安装参数。
如，可以采用最小损耗原理，使管板结构获得最低的压力减损，这样能减少系统的能量消耗，提高系统效率。
摩擦损失计算是另一种常用的管板计算方法。
它主要是根据换热器管道系统参数，计算管壳、管板和管材之间的摩擦损失，以及管道内的流体流动的摩擦系数，从而确定管板的制作参数。
注意，摩擦损失计算可以满足不同类型的流路要求，并有利于减少系统损耗。
流量计算是换热器管板计算的必要部分，通过确定系统流量确定管板的安装参数。
一般而言，流量计算可以帮助确定管板的尺寸、重量和管壳的内径大小，它们都是管板计算的关键参数。
所以，上述介绍的管板计算方法可以帮助我们准确设计出符合要求的管板。
通过采用这些方法，可以有效地提高系统的散热性能，同时减少系统的能耗。
但同时也要提醒，在设计高压u形管换热器时，除了考虑管板之外，还要考虑其他参数，包括系统容积、制冷剂进出口流量、管壳结构、外壳材料等，这些参数息息相关，如果有一项出现问题，将会影响整个系统的散热性能，甚至影响换热器的使用寿命。
总之，管板计算是高压u形管换热器的重要环节，在开展管板计算时，必须综合考虑换热器的各项参数，准确确定管板的参数，以确保其达到最佳的散热性能。
热交换器第二章
主要部件的分类及代号
零部件名称表见教材P42
问题：AES500-1.6-54-6/25-4I
管壳式换热器的设计、制造标准
美国的TEMA标准，日本的JIS B8249标准，
英国的BS5500标准
• 国标GB 151-1999：适用范围(1)公称直径 DN≤2600mm；（2）公称压力PN≤35MP；（3）公称 直径和公称压力的乘积≯1.7×104
此排列法在浮头式和填料函式换热器中用得较 多。若将正方形排列的管束旋转45˚安装，可适 当提高壳程对流传热系数。
我国换热器系列中，浮头式则以正方形错列 排列居多
同心圆形
在制氧设备中，有采用同心圆排列法，这 种排列法比较紧凑，且靠近壳体的地方布管均 匀；在小直径的换热器中，按此法在管板上布 置的管数比按正三角形排列的还多。
胀管前后示意图
（a）胀管前
（b）胀管后
胀接管孔结构
强度胀适用范围： P≤4.0MPa t ≤300oC
焊接法
优点： （1）强度高，抗拉脱力强。 （2）修理、更换方便。
缺点： （1）焊接残余应力可能导致应力 腐蚀和疲劳破坏。 （2）间隙腐蚀问题。
•
焊接+胀接
焊胀结合
• 前面我们讲了胀接、焊接后，会发现它们各自有优、缺点， 因而目前广泛应用了胀焊并用的方法，这种方法能提高连 接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用 寿命。
胀焊并用连接形式主要有： • ①先焊后胀：强度焊＋贴胀
高温高压换热器中大多用厚壁管，胀接时要使用润滑油， 进入接头后缝隙中会在焊接时生成气体，恶化焊缝质量， 只要胀接过程控制得当，先焊后胀可避免这一弊病。
②先胀后焊：强度胀＋密封焊 适用于管子与管板材料焊接性能
管壳式热交换器的热力计算
3. 壳程流通截面积的确定
a. 纵向隔板，要确定其长度。
采用连续性方程。
标准： 使流体在纵向隔板转弯时的流速与各流程中顺管束流动时速度基本相等。 问题: 怎么确定壳程流速？
b. 弓形折流板，要确定其缺口高度。
标准： 流体在缺口处的流通截面积与流体在两折流板间错流的流通截面积 相接近，以免因流动速度变化引起压降。
b) 回弯阻力
Pi 4
wt2
2
Zt
Pa,
Z t 管程数
c) 进、出口连接管阻力
Pi 1.5
2 wn
2
Pa
2. 壳程阻力计算
a) 无折流板 可直接利用直管中沿程阻力计算公式 4A 当量直径 d 自由流通面积和湿周 U b) 弓形折流板 包括了顺流和叉流的复杂流动，有间隙泄漏、旁路等，所以很难准确地计 算阻力 贝尔-台华法 具体方法见课本
四、管壳式热交换器的合理设计
1．流体在热交换器内流动空间的选择原则：
1）提高传热系数小的一侧的换热系数 2）省材料，降低成本 3）便于清洗检修 4）减少和环境的热量交换 5）减少受热不匀造成的热应力 管内：容积流量小的，不清洁易结垢的，压力高的、有腐蚀性的，加热设备 中的高温流体或低温设备中的低温流体 壳体：容量大尤其是气体，刚性结构换热器中对流传热系数较大的流体，饱 和蒸汽等
山东大学· Βιβλιοθήκη 源与动力工程学院 杜文静第二章 管壳式换热器
一．管壳式热交换器的结构计算
结构计算的目的在于确定设备的主要结构参数和尺寸，包括： (1) 计算管程流通截面积，包括确定管子尺寸、数目、管程数，并选择管 子的排列方式等； (2) 确定壳体直径； (3) 计算壳程流通截面积，包括折流板类型； (4) 计算进出口连接管尺寸。
换热器管板厚度的快速计算
结论
要求 在计算厚度的基础上加上腐蚀裕度 调整到钢
换热器管板厚度的确定 是换热器设计的一个
板规格厚度∀
重要内容 在实际设计过程中 经常需要快速确定其
不适应性
厚度 以便节省时间 提高工作效率 从而达到设计 制造的目的∀本计算方法在实际工作中已多次应用∀
本计算方法不适用于结构特殊 如与法兰搭焊 连接的固定管板及圆环形管板等 以及布管或载荷
关键词 换热器 管板 厚度计算
中图分类号 × ±
文献标识码
文章编号
2
22
在换热器管板设计中 按照
5管
壳式换热器6进行管板厚度设计计算时 计算过程比
较复杂∀本文通过对计算公式进行推导 得出一种快
速简捷的计算方法∀
公式推演
单管程 延长部分兼作法兰与不兼作法兰的 固
定管板式换热器管板 管板周边布管区较窄 管板周
Δτ
Ατ Π
式中 Δ τ) ) 管板布管区当量直径
收稿日期
22
作者简介 李广民 男
年出生 毕业于太原理工大学 学士学
位 工程师 现从事技术开发与管理工作∀
Α τ) ) 管板布管区面积
Θτ
Δτ Δι
式中 Θτ) ) 管板布管区的当量直径与壳程圆筒内 径之比∀
对单管程换热器 三角形排列时
Ατ
νΣ
ν νΠΔτ δ Δτ
换热器为 5 Ε 单管程 换热面积
管
间距为
管!壳程材料为
∀
解 查文献≈ Ù×
表 换热管数量
ν
根 有效长度 Λ
∀
查文献≈ 表 ƒ 求得 Ε τ
° Επ
°∀
把上述已知条件代入 ! 式得
Θτ
（完整版）换热器计算步骤..
（完整版）换热器计算步骤..第2章工艺计算2.1设计原始数据表2—12.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。
（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍l（9）选取管长（10）计算管数NT（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等i（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积（16）计算流体流动阻力。
若阻力超过允许值，则需调整设计。
第2章工艺计算2.3 确定物性数据2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
其壳程混合气体的平均温度为：t=420295357.52+=℃（2-1）管程流体的定性温度：T=3103303202+=℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
2.3.2 物性参数管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】表2—2壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】表2—32.4估算传热面积 2.4.1热流量根据公式（2-1）计算：p Q Wc t =? 【化原 4-31a 】（2-2）将已知数据代入（2-1）得：111p Q WC t =?=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.K ；1t ?——工艺流体的温差，℃；Q ——热流量，W 。
波纹管换热器管板的设计计算与强度校核
＝－ ・ ［ １ ３
替 ＥａＬ， ， ／ 得
＝
］ ’
㈩
这是 Ｇ １１１９ Ｂ５—９９中给出的表达式 ， 中 ＥａＬ 其 ． ｌ 即为一根换热管的轴向刚度 ， Ｋ ＝ ／ 以 Ｋ 代 即 ＥａＬ，
求等刚度 的折算 ，则波纹管与光管 的轴向力 Ｐ也应 是 相 同的 。 首先 ， 单根波纹换热管的伸长 （ 或缩短 ） 的量为
Ａｌ＝ ／Ｅ Ａ
将位移式代入刚度式 ， 以得出 可
＝
是说 ， 先将波纹管折算为与其 刚度相 同的光管 ， 应 再 将折算后 的数据输入到软件中。 波纹管折算为等刚度光管的折算方法 ： 折算过程 中， 主要考虑管子 的轴 向力 Ｐ 由于是 ，
Ｅ ／Ｚ ｔ ｆ 。
（ ） 子加 强 系数 。 １管
２＝ ／ ｌ － － （） ９
单 根 光管换 热 管 的伸 长 （ 或缩 短 ） 的量为
Ｉ８ｉ ＂・ １ ．Ｄ ３ １
＝
１
（） ３
Ｚ 一 Ｅ ２＝
．
ｔｕ 门ｎ ｘ、 ）
口
（ ） 束模 数 。 ２管
再次 ， 刚度 相同 ， 则两者的伸长（ 或缩短） 的量也 是相等的， Ｚ ＝ｆ； 即 ， 故 可得 出波纹管与等刚度光管的单根光管壁金 属横 截面 积 ａ为
管 板 是 换 热器 的主 要受 压 元 件 之一 ，其 设 计 合 计计算 ， 是把管板看作承受均布载荷 、 放置在弹性基 理与否 ， 对于设备的安全运行 、 节省材料 、 降低制造 础上 的且 受 管孔 均 匀 削 弱 的 当量 圆板 。这 是 由于在 成本 、 少 加工 制 造 的困难 ， 着重 要 的 意义 。 减 有 绝大多数管壳式换热器结构 中，管子直径相对管板 而 假 关于管壳式换热器管板、管子和壳体 的设计 ， 直径 足 够小 ， 换 热 管 的数 量 又 足够 多 ， 定 在 管板 目 前世 界 上有 多种标 准规 范 ， 如美 国的 Ａ ＭＥⅧ一 １英 上 管 子 是 均匀 分 布 的 ，因 而离 散 的各根 换 热 管对 管 Ｓ 、 可以认为是连续的 ， 管板承受的载荷 国的 Ｂ 、 Ｓ 西德 的 Ａ 日本 的 Ｊ 、 Ｄ、 Ｉ 中国 的 Ｇ １ １ １９ 板 的支撑作用 ， Ｓ Ｂ５—９９ ３ ］ 。 等。这些规范除 Ａ Ｄ标准外 ， 其余 的都是建立在弹性 也认 为是 均匀 分 布 的【 同 时 ， Ｂ ５— ９９是将 固 定 管板 换 热 器 中的管 Ｇ １ １ １９ 基础 圆平板 理论 基础 上 的。 由于各种 方法 所作 假 设简 板与管束和管板与壳体 ，看成 了强度分析 中所考虑 化及考虑的因素各有不同， 所以各种方法的计算结果 即管板管束系统和壳体系统 ， 分析原理 存在一定的差异 。尽管这些公式形式不同 ， 但分别基 的两个系统 ， 按照 Ｇ １１ Ｂ ５ 所采用 的结构分析方法。 按此思路 ， 整个 于 以下 ３ 基本 假设 的前 提下 得 出的【】 种 ｌ： ＿ ２ 分析 分 为 以下 ３个 步骤 ： （ ） 管 板 看 成 是 周 边 支 承 条 件 下 受 均 布 载 荷 １将 第一 步——将结构 （ 热器 ） 换 分离为数个部 件 ， 的圆平板 ， 应用平板理论得出计算公式。 考虑到管孔的 并解 除它们之间的相互约束 ，分别考察其在载荷作 削弱 ， 再引入经验性的修正系数 ， 但是其局限性较大。 用下 所 产生 的变 形 与应 力 。 （） ２ 将换热管 当作管板的固定支撑 ， 而管板是受 第 二步——考 虑它们之 间的变形连续条件 ， 即 管子支撑的平板 。管板 的厚度取决 于管板上的不布 考虑它们在相应边界力作用下 的变形与应力。 管 区的。实践证明 ， 这种公式适用于各种薄管板 的强 第 三 步——叠 加上 述 两 部分 产生 的变形 与 应 度校核。 力， 得到它们最终的变形与应力。 （） ３ 认为管板是弹性基础 上受 均布载荷 的多孔 本章波纹管换热器中管板 的设计计算 ， 是在赵萍 圆板 ， 这样 既考虑到管子 的加强作用 ， 又考虑到管孔 论文基础上 ， 依据 Ｇ １１ ９ ９ 管壳式换热器》 Ｂ ５ —１９ （ 进行 的削弱作用 ， 分析问题比较全面 。 设计计算研究 。 波纹管换热器与传统的管壳式换热器 我国 Ｇ １ １ Ｂ ５ 标准 中的管板计算方法 ，是基于第 的主要差别 ， 在于其换热管束 的不 同。对于管板的计 ３ 种假设推导出来 的。由于假设简化合理 ， 考虑 因素 算而言 ， 两者 的主要差异 ， 就在于管束刚度的不同。 因 较为详细 ， 故计算结果更为准确 ， 已为众多 的实验 此 ， 这 在对管板进行设计计算 时 ， 应将管板的计算公式 应力分析结果所证 实。 中， 与换热管刚度计算有关的参量进行变换 ， 而不能
制冷换热器管板计算
产品型号：产品图号：有规则设置支撑的平板强度δ1＝l*√P/C*[σ]t
公式1管板材料：Q345R [σ]t
167MPa 设计压力
P 1.5MPa 支撑间距(支撑中心水平与垂直间距平均值)l 400mm 系数按右表取C 1.9平板名义厚度δn 30mm 经计算管板厚
δ127.50mm
许用应力校核
[P]=C*[σ]t (δn -C 2)2/l 2[P]
1.67
不规则设置支撑的平板强度δ2＝l*√P/C*[σ]t 公式1管板材料：Q345R [σ]t
167MPa 设计压力
P 1.5MPa 通过3个支撑点的内部没有支撑的最大圆直径d 400mm 支撑间距l=d*√2l 282.89
mm 系数按右表取C 3.2经计算管板厚δ214.99
mm
平板名义厚度
δn 20
许用应力校核
[P]=C*[σ]t (δn -C 2)2/l 2[P] 2.41MPa
管板无管束部分的计算δ3＝l*√P/C*[σ]t 公式1管板材料：Q345R [σ]t
167MPa 设计压力
P
1.5MPa 管板校核计算
（固定管板有规则、无规则、无管束支撑）
材料许用应力
材料许用应力
材料许用应力
d 400mm 支撑间距l=d*√2l 282.89mm
系数按右表取C 3.2经计算管板厚δ314.99mm
平板名义厚度
δn 30许用应力校核
[P]=C*[σ]t (δn -C 2)2/l
2
[P]
5.62MPa
江苏扬安集团扬州一万制冷设备有限公司
通过2根管子或支撑管子中心是最大圆或筒体内径圆与外侧管列轴线同时相切的最大圆(其内部不包含管子或支撑管)。
固定管板换热器管板计算方法与步骤
《过程设备设计》课程作业题目：固定管板换热器管板计算方法与步骤、学院化工学院专学姓月日2019年业过程装备与控制工程固定管板换热器管板计算方法与步骤一、基本假设世界各国的管板的计算公式尽管形式各异，但其大体上是分别在以下三种基本假设的前提下得出的。
i.将管板看成为周边简支条件下承受均布载荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式。
考虑到管孔的削弱，再引人经验性的修正系数。
如在力学模型上作了适当简化的美国TEMA方法。
i i.将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的平板。
管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。
如西德AD规范采用的计算公式。
实践证明，这种公式适用于各种薄管的计算i i i.将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆平板，即把实际的管板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。
这种简化假定既考虑到管子的加强作用，又考虑了管孔的削弱作用，分析比较全面，现今已为大多数国家的管板规范所采用。
我国石油、化工、机械三部在1983年公布的《换热器设计规定》中所列入的管板计算公式基本上也是根据第三种假设经过比较严密的推导得出的，在国内获得了广泛的应用。
接下来的强度校核也是基于第三种假设。
二、管板设计的基本考虑GB151《管壳式换热器》所列人的管板公式基于的基本考虑是:把实际的管板简化为;承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。
同时在此基础上还考虑了以下几方面对管板应力的影响因素。
1.管束对管板的支承作用在流体压力作用下管板将产生挠度与转角。
因管束与管板连接在一起，管束也将沿轴线方向产生压缩或伸长，管子端部产生弯曲变形。
管束对管板会起到约束的作用，具有减少管板中应力的作用。
考虑管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用。
2.管孔对管板的削弱作用管孔对管板的削弱作用有两个方面：(1)减小了管板整体的刚度与强度。
(2)在管孔边缘产生局部的应力集中,在计算公式中是忽略不计。
高压u形管换热器的管板计算
高压u形管换热器的管板计算
高压u形管换热器是一种高效而安全的换热设备，被广泛应用于许多领域，例如电站、石油化工、食品加工、制药等等。
换热器的管板是其中的重要部分，质量和强度的重要程度可想而知，因此计算正确的管板设计及其计算是非常重要的。
本文将着重介绍高压U形管换热器的管板计算。
首先，要考虑高压U形管换热器的管板计算，必须明确换热器管板的类型。
高压U形管换热器的管板可以分为三种，分别是凸起管板、凹陷管板和半球管板。
根据不同管板的用途，可以计算出不同类型的管板，以满足不同的应用需求。
其次，高压U形管换热器的管板计算，需要考虑的因素很多，包括温度、压力、流量、流速、换热系数、管道形状和管材等。
根据这些因素，可以确定管板的结构尺寸，以及内管道形状，外管道形状和管材等。
再次，在计算出管板的结构尺寸后，还需要计算出换热器的管板厚度。
根据换热器的结构和参数，可以计算出管板的厚度，以确保管板安全可靠地承受各种力学和温度压力、流速等影响。
最后，根据计算出的结构尺寸和管板厚度，还需要计算出管板的安装尺寸及其支撑结构。
这也是高压U形管换热器的管板计算的重要部分，安装尺寸和支撑结构的正确设计可以确保管板的安全可靠。
总之，高压U形管换热器的管板计算非常重要，必须明确管板的类型，并考虑温度、压力、流量、流速、换热系数、管道形状和管材
等因素，计算出管板的结构尺寸、厚度和安装尺寸及其支撑结构等，以保证管板的安全、可靠。
正确的管板计算可以保证换热器的安全性能，提高换热器的换热效率，有利于提升生产效率。
高压u形管换热器的管板计算
高压u形管换热器的管板计算
高压U型管换热器的管板计算：
一、管板类型
1. 管板的种类：U型管板、波纹管板、翅片管板等。
2.管板材料：一般情况下，管板材料可以选用不锈钢（304、316等）、铜、铝等。
二、管板计算
1. 计算管板材料温度允许值：需要首先计算能够承受的最高温度，建议采用低温度材料，可确保换热器的安全性。
2. 根据温度及流量计算管板厚度：根据温度及流量的要求，计算出合适的管板厚度，确保管板能够承受所需的压力。
3. 确定管板位置：确定所有管板的位置，以确保管道的正常运行和工作。
三、低温高压换热器管板选择
1. 按照用途类别选择：当选择低温高压换热器管板时，要根据用途类别，如冷凝、蒸发、浓缩等，来选择合适的材料。
2. 按照材料阻燃度选择：在许多应用情况，如处理易燃性液体或气体，材料的阻燃性尤为重要。
因此，需要先确定被使用的材料的阻燃性，以确保设备的安全。
3. 按照材料耐腐蚀性选择：在处理某些腐蚀性液体或气体时，耐腐蚀性也是特别重要的，如硝酸、碱性液体等，需要使用耐此性较强的材料，如不锈钢、铝等材料来选择。
四、低温高压换热器管板优化技术
1. 管板安装：低温高压换热器管板的安装要精确，严格遵守技术要求，确保换热器能够正常运行。
2.管板护套：低温高压换热器上的管板护套也很重要，使用高质量的涂层和护套来提高换热器的耐久性能。
3.热收缩管套技术：在管板连接的时候，热收缩管套可以显著降低管板安装的工作量，并能够有效防止液体渗漏。
(完整版)换热器计算步骤..
第2章工艺计算2.1设计原始数据表2—12.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。
（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍l（9）选取管长（10）计算管数NT（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等i（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积（16）计算流体流动阻力。
若阻力超过允许值，则需调整设计。
第2章工艺计算2.3 确定物性数据2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
其壳程混合气体的平均温度为：t=420295357.52+=℃（2-1）管程流体的定性温度：T=3103303202+=℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
2.3.2 物性参数管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】表2—2壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】表2—32.4估算传热面积 2.4.1热流量根据公式（2-1）计算：p Q Wc t =∆ 【化原 4-31a 】 （2-2）将已知数据代入 （2-1）得：111p Q WC t =∆=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.K ；1t ∆——工艺流体的温差，℃；Q ——热流量，W 。
管板计算
~
系数(按 Kt Kf 查<<GB151－98>>图 29) G2
E t na
换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 Q Es As
数
换热管束与带膨胀节壳体刚度之比
Qex
Et na(Es As K ex L) Es As K ex L
管板第二弯矩系数(按K,Q或 Qex 查<<GB151-1999>>图28(a)或(b)) m2
管程压力操作工况下法兰力 M p
法兰宽度 bf (Df Di ) / 2
法 比值 h / Di
比值 f" / Di
系数 C" (按h/Di ,f”/Di , 查<<GB151-1999>>图25)
兰 系数”(按h/Di ,f”/Di ,查<<GB151-1999>>图 26)
旋转刚度
系数（带膨胀节时 Qex 代替Q）
M1
m1 2K (Q
G2 )
计 系数 (按K,Q或Qex 查图30) G3
~
~
法兰力矩折减系数 K f (K f G3 )
管板边缘力矩变化系数
2Ett
/
t s
算
~
~
法兰力矩变化系数 M f M Kf' Kf"
管 管板开孔后面积 Al A - 0.25 nd 2
换热管长度 L 管子有效长度(两管板内侧间距) L
管束模数 K t = C
管子回转半径 i 0.25 d 2 (d 2 t )2
热
管子受压失稳当量长度
换热器布管计算
布管（1)换热管的排列方式为转角正方形排列,如下图所示（2）换热管中心距所选换热管d=25mm ，换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，查国标得换热管中心距S=32mm(3)布管限定圆布管限定圆直径D L=D i-2b3b3=0.25d=0.25×25=6。
25mm(一般情况下不小于8mm）∴取b3=8。
5D L=D i-2b3=500－2×8。
5＝483mm具体布管图如附图U型管换热器的设计与校核1由工艺设计给定壳体公称直径为500mm,壳程的最高工作压力为1.2MPa，管程最高工作压力为1。
5MPa，壳程液体进口温度为70℃,出口温度为110℃；管程液体进口温度180℃，出口温度125℃;管长为6000mm，4管程单壳程的换热器.原油的黏度大,因此壳程走原油,管程走被冷却的柴油。
2筒体壁厚设计由工艺设计给定设计温度为150℃，选用低合金钢Q345R.查GB 150一2011可知：150℃时Q345R的许用应力[]150δ=189MPa,厚度暂取3～16mm，焊接采用双面对接焊局部无损探伤检测,焊接系数φ=0.85,钢板的厚度负偏差按GB/T 709一2006 查3B类钢板得钢板负偏差为C1=0.3,腐蚀裕量C2=3mm,设计压力为最大工作压力的1。
05～1.1倍，由工艺设计给定壳程的最高工作压力为1。
2MPa（绝)；表压=绝压—当地大气压=1。
2Mpa－101.3kpa=1。
1Mpa∴P c=（1.05~1。
1）×1。
1=1.2Mpa计算壁厚t＝﹙P c D i／2［δ]tφ﹣P c﹚＋C1＋C2＝5。
175mm由于管壳式换热器在工作过程中除承受内压外还受到温差应力、支座反力和自重等载荷的作用，因此壳体壁厚应比计算值大,对碳素钢和低合金钢应满足GB 151一1999的最小厚度要求，查得U型管式换热器的壁厚应不小于8mm，圆整后取钢板名义厚度t n=8mm。
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管壳式换热器简图
1-管子；2-封头；3-壳体；4-接管；5-管板；6-折流板
管板的设计
管板基本情况
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管板基本情况
管板基本情况
管板强度分析的三种基本假设•
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管板结构
简化模型1
管板结构
简化模型2
管板结构
简化模型3
荷、放置在弹性基础上的受
管孔均匀削弱的当量圆平板
GB151《管壳式换热器》中
管板设计的基本考虑
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黄克智院士和管板设计规范
黄克智院士和管板设计规范
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黄克智院士和管板设计规范
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黄克智院士和管板设计规范
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“全国科学大会奖”
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黄克智院士和管板设计规范
黄克智院士和管板设计规范
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管板的设计思路-1
• 1 管板的弹性分析
变形协调条件
管板内力与变形分析
管板的设计思路-2
• 2 危险工况的确定
由于换热器运行时，不能保证管程与壳程压力同时作用，在计算管板应力或厚度时，要考虑以下四种危险工况：
a) 只有壳程压力Pt,管程压力Pt=0,不考虑温差b) 只有壳程压力Ps,管程压力Pt=0,考虑温差，正温差比负温差危险，分别为管子与壳体的线膨胀系数分别为管子与壳体的平均壁温
为换热器装配时的温度
()()00θθαθθα−>−s s t t t αs αt θs θ0θ
管板的设计思路-2
• 2 危险工况的确定
c) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,不考虑温差d) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,考虑温差，负温差比正温差危险，()()
00θθαθθα−<−s s t t
管板的设计思路-3 3 管板应力的校核
径向应力随半径变化曲线
管板的设计思路-4 3 管板应力的调整
工程中实际做法-1借助压力容器设计软件
管板设计的辅助软件
管板的计算十分繁杂，尽管GB151提供了便于工程应用的计算式和图表，但手算工作量很大，为此，我国已开发了包括管壳式换热器在内的化工设备强度计算软件，SW6,包括了管板的设计与校核。
SW6-1998 V2.0 《过程设备强度计算软件包》及PVCAD《计算机辅助设计软件包》
压力容器设计计算软件包•SW6《过程设备强度计算软件包》，以下简称SW6-98。
该软件包是以国标GB150《钢制压力容器》；
GB151《钢制管壳式换热器》；GB12333《钢制球形储罐》；JB4710《钢制塔式容器》；JBxxxx《钢制卧式容器》及HG20582《钢制化工容器强度计算规定》为编制依据。
它的运行环境为WINDOWS系统，此软件在运行过程中直观、方便、灵活。
•该软件包含了10个设备计算程序，每个设备计算程序既可进行设备的整体计算，也可进行该设备中某一个零部件的单独计算。
SW6-98软件内容
•SW6-98软件有10个设备级计算程序，一个零部件计算程序和一个用户材料数据库管理程序。
每个计算程序有对应的一组图标，只要点击图标就能使某个程序运行。
•SW6-98对一种设备的输入数据文件都规定了一个后缀名。
工程中实际做法-2借助有限元方法
传热分析计算结果
应力分析计算结果
应力分析计算结果
危险点及危险截面
管板参考文章及书目
薄管板的设计
薄管板的设计
16
1412108管板厚度
（mm ）1400-1800900-1200700-800500-600300-400公称直径
（mm ）
浮头式换热器管板的设计
浮头式换热器中因管束可以自由伸长，不存在温差应力，管板的边界条件按简支考虑。
浮头式换热器管板的设计
U 形管换热器管板的设计[]t
r
t s i p p D t σμ5.1556.0−=
U型膨胀节的计算
膨胀节实物图膨胀节是一种挠性元件，能有效地补偿轴向变形，所以能有效降低管子与壳体的轴向力。