换热器注意问题

换热器设计中的注意事项

一、换热器设计必备的条件

二、管箱

三、管板

四、折流板

五、拉杆的布置

六、防冲板结构设计

七、其它注意事项

一、换热器设计必备的条件

1、换热器类型；

2、管、壳程的操作压力、操作温度；

3、管、壳程的设计压力、设计温度；

4、设备的公称直径；

5、管壳程与管板的连接形式；

6、换热管的排列形式、根数（U型管换热器为管头数的1/2）；

7、折流板之间的间距——换热管最大无支撑跨距；

8、换热管与管板连接型式（强度焊+贴胀；强度胀+密封焊）；

9、设备支撑形式（耳座，鞍座）；

10、管壳程两侧的介质（易燃、易爆、毒性），（腐蚀裕度，容器类别，

焊接接头系数，热处理，选材，焊接试件）

11、折流板的形式、切割率；

12、固定管板管热器: 壳体和管子的金属壁温

13、场地条件

14、以上述元件的材料——亦可根据相关的标准选用；

二、管箱

管箱一般由封头（平盖）、筒节、设备法兰、接管及其连接法兰、分程隔板（多程换热器）等几部分组焊而成。

1. 封头

在换热器中封头主要采用的是标准的椭圆封头，在设计过程中主要是其厚度的确定，确定封头厚度时应考虑一下几个方面的因素。a.按GB150第5.3节（P116-117）进行计算求取-应注意标准椭圆封

头的形状系数: 内压k=1.0 外压k1=0.9

b.满足GB150第4.3.7条壳体加工后不包括腐蚀余量的最小厚度(P11)

c.满足GB150第5.3.2节中要求：

Di/2hi≤2 的椭圆封头的有效厚度应不小于内直径的0.5%，

Di/2hi＞2的椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.30%。该条限制主要考虑：

1)封头在内压作用下，由于周向压缩应力作用而出现弹性失稳

现象（GB150释义P120）

2)椭圆封头过渡区封头成形过程中最易减薄的区域

d.考虑开孔补强要求，提高封头厚度

封头厚度选取时，还应注意钢板厚度跨档问题。

2. 筒节

1）厚度确定

a. 按GB150计算求取

b. 满足GB150第4.3.7条-加工成形后最小厚度的要求（不包括C2）

c. 结构要求-高压焊接结构选筒节外壁与法兰外径相等

2）筒节长度的确定

按GB151第5.2.2条(P18)管箱最小内侧深度

a. 轴向开口的单管程管箱，开口中心处的最小深度应不小于接管

内径的三分之一

b. 多程管箱的内侧深度应保证两程之间的最小流通面积不小于每

程换热管流通面积的1.3倍，当操作允许时，亦可等于每程换热管的流通面积

c. 对于管箱筒节上有接管的，其筒节长度L取

d．对于无补强圈的接管，筒节长度L应满足接管补强宽度B的要求，即，L≥B+H

e. 管箱上无接管的，当管箱法兰选用（NB/T47023）长颈对焊法兰

时，应考虑法兰对连接筒体长度的要求，

管箱长度选取，除考虑各元件之间相邻焊缝之间距离及流通面积所要求的短节长度，还应考虑管箱内件的焊接和清理，因此对多程管箱，除限制最小长度外，还应考虑最大长度限制（按换热器结构设计手册P169）选取

3）设备法兰

a．选用标准法兰JB/T47021-47023 ;

b．通过计算设计法兰尺寸

法兰计算设计中，各载荷的力臂都为载荷至中心圆的距离，因此紧缩螺栓中心圆直径可有效地减小法兰力矩的力臂。

法兰实际螺栓中心圆直径一般按两个方向选取：

环向：选用螺柱允许的最小搬手空间（GB150 P193表7-3）×螺栓

个数（应为4的整数倍）。

径向：法兰内径+ 2 ×法兰大端锥颈厚度+ 2 ×LA（GB150 P193表7-3）。

螺栓圆取环向与径向之间较大者。

法兰螺栓中心圆确定时，对于壳程压力大于管程压力时，还应注意保证螺栓圆直径到壳程筒体与管板之间的焊脚外侧距离是否满足GB150表7-3规定的LA值要求。

法兰在法兰力矩作用下，其应力由组成法兰的法兰环、锥颈和圆筒三部分共同承载，承载的应力有三个方向：

①轴向应力бH

法兰轴向应力бH位于锥颈端部，根据锥颈力学特性，锥颈上的最大轴向弯曲应力可用f系数来加以判断。

f ——锥颈小端轴向应力与大端轴向应力的比值。

当f ＞1时，最大应力在小端；

当f ＝1时，最大应力在两端（相等）；

当f ＜1时，最大应力在大端。

由上还可知，法兰的大小端为轴向应力的敏感区，计算过程中бH 过大时，应调整大小端厚度，f 值尽量趋近于1。

法兰轴向应力бH的强度条件бH≤1.5 [б] f t .

法兰设计中可知，一般f ＞1 ，即法兰的最大轴向应力在锥颈小端。因此设计时，法兰尽量设直边段，避免法兰小端的轴向应力分布在焊缝或焊缝影响区内。

②径向应力бR

法兰径向应力位于法兰环与锥颈的连接面内缘处，因此径向应力бR的敏感因素为法兰厚度，所以可以调整法兰厚度来降低бR值。

法兰径向应力бR的强度条件бR≤[б] f t .

③环向应力бT

法兰径向应力亦位于法兰环与锥颈的连接面内缘处，但环向应力б

的敏感因素为锥颈尺寸，而不是法兰环的厚度，所以控制бT值可通T

过调整锥颈大端值来实现。

4）接管及其连接法兰

接管在设计过程中，主要考虑的是接管的开孔补强。接管开孔补强一般有如下几种形式：

a. 补强圈补强；

b.加厚壳体的整体补强；

c.采用锻制凸缘接管的整体补强；

d.采用嵌入式的锻制接管的补强方式。

GB150 P152规定了开孔补强的适用范围以及不另行补强的最大直径（P153）。

在下列情况下应采用整体补强的方式：

●高强度钢（Rm ≥540MPa）和Cr-Mo钢制压力容器；

●设计压力≥4 MPa ；

●设计温度≥350 ℃；

●补强圈厚度大于1.5倍的被补强的壳体厚度；