一种高压换热器的设计
“高-低压”螺纹锁紧环式换热器的设计
现管箱零部件尺寸的系列化设计，避免其径向尺寸调整量 2 “高-低压”螺纹锁紧环换热器的设计过程及主 行DŽ ᇌঞ㶎㒍ⱘ㶎䎱⹂ᅮˈ 䳔ֱ䆕㶎㒍ⱘᇣᕘय़㋻㶎ᷧ㶎㒍ᄨ䖍㓬᳝ড়䗖ⱘ䎱 ݀ ൌ ߮ʹͻ݉݉ ˗ܲ ൌ ʹ͵Ǥͺͳʹͷ ᴀ䆒প 太大，压紧螺栓一般采用M36~M42几种规格，且其相邻 要零件的设计计算
ܾüൿ⠛᳝ᬜᆚᇕᆑᑺˈPP˗ ᓣЁ˖ ܹܲ ൌ Ǥʹͺ ݐܾܲ݉ ܩܦ ൌ ͵ͷʹͲʹͶ ᓣЁ˖ܾüൿ⠛᳝ᬜᆚᇕᆑᑺˈPP˗ Ͷ 式中：b—垫片有效密封宽度，9.779mm； ܲݐ üㅵ䆒䅵य़˗ ܲ üㅵ䆒䅵य़˗ ᓣЁ˖ܾüൿ⠛᳝ᬜᆚᇕᆑᑺˈPP˗ ݐ Pt—管程设计压力； üൿ⠛य़㋻⫼ЁᖗⳈᕘˈPP˗ ܲ ݐüㅵ䆒䅵य़˗ ܦܦ üൿ⠛य़㋻⫼ЁᖗⳈᕘˈPP˗ ܩܩ ݍܦüय़ݙᕘˈPPDŽ
2.2 确定管程密封垫片的参数及尺寸
2.2.1 垫片选型
此处的垫片根据设备的操作工况，工艺包方文件的要 求，可选用硬度较低的金属平垫，如S11306，也可选用柔 性石墨波齿复合垫，对于较复杂的工况，可选用双金属自 密封波齿复合垫片[1]。本设备操作工况稳定，根据使用经 验选用回弹性好、密封寿命长、制造安装方便的柔性石墨 波齿复合垫，其制造、检验符合GB/T19066.3—2003的规 定，要求回弹率≥25%。垫片系数：m=3；y=50MPa。
1 图1看出管箱由内压引起的轴向载荷通过内部结构 传递至管箱筒体，由管箱筒体承受，使其结构紧凑、密封 可靠，相比大法兰结构较节约材料。
2.2.2 垫片尺寸
根据管箱内径、压圈的宽度及垫片的接触宽度（按设 备直径一般取25~30mm）确定垫片的内外径，，垫片的接 触宽度根据设备直径一般取25~30mm。本设备垫片接触宽 度取30mm，内径/外径分别取φ725mm/φ785mm。
按ASME Ⅷ-1规范设计高压U形管换热器
换热器管板与壳体和管箱为整体连接 ，计及管箱 、
１ 一 管 箱 简 体 ；２ － 管 板 ；３ 一壳程简体 。
壳体对管板周边的支承约束 ，需要计算并校核的应 力有 ：管 板 弯 曲应 力 、管板 布管 区外 周边 的平 均剪 切应力以及与管 、壳程壳体在邻近管板处的轴 向总 应力 。同我国 Ｇ Ｂ １ ５ １ — １ ９ ９ ９ Ｕ形管换热器的计算步 骤类似 ，首先都需要假设管板厚度的初始值 ，然后 进行试算和校核管板 、壳体和管箱的最大应力值是 否超 过许 用 应力 ，整个 计算 为 迭代 过程 。但 Ａ Ｓ ＭＥ
Ⅷ一 １与 Ｇ Ｂ １ ５ １ — １ ９ ９ ９相 比 ，设 计 计 算 更 加 全 面 ，
图１ 管板对 壳体 、管箱整体连接结构 图
能 的统 一 性 、制造 加工 性能 、材 料经 济性 、适 用 性
及专利商 的要求 ，管／ 壳程简体与管板材质选 用了
抗 氢性 能 良好 的 Ｓ Ａ 一３ ３ ６ Ｍ Ｆ １ １ Ｃ Ｌ ３ ，以最 大 限度 地
缺 陷 ，最 大 限度 地利 用换 热管 的布 置 空 间 ，换 热器
由表 ３ 可得 ，对于高压换热器 ，当管板应力计算值
超过 许用 应力 时 ，可采 用 以下三 种选 择之 一或 者三 者 的组合 进行 重新 设计 ：
（ １ ） 增加 假定 的管 板厚 度 。
（ ２ ） 增加 与管 板整 体连 接 的管箱 筒体 的厚 度 。 （ ３ ） 增加 与管 板整 体连 接 的壳 程 筒体 的厚 度 。
一
重 技水
高压绕管换热器绕管机的设计
参 考 文 献
ｆ】 费 飞 ． 于极 值 法 的修 配 法 装 配 尺 寸 链 解 算 公 式 分 析 【】 １ 基 Ｊ．
现 代 制 造 技 术 与 装 备 ，０ ９（ ）７— ． ２０ ５： ９ 【 】 李 小 林 ． 配 装 配 法 释 疑及 变 通 求 解 【１河 南 工 程学 院学 ２ 修 Ｊ 报（ 自然 科 学 版 ）２ ０ １： ６— ８ ，０ ９（ ）３ ３ ． 【］ 王 兰 群 ． 于 装 配 尺 寸 链 应 用 的研 究 ［］黄 石 理 工 学 院学 ３ 基 Ｊ 报 ，０ ７２ （） ９—１． ２０，３３： ２
效 率高 、 位体 积 换热 面积 大 ， 实 现 多股 流 换 热 ， 单 可 具
有 很 好 的 热 补 偿 能 力 ， 合 深 冷 系 统 的 换 热 。 压 绕 管 适 高
换 热 器 是 大 型 化 工 工 艺 过 程 的 重 要 设 备 ， 且 是 一 个 而
高 效 节 能 的 设 备 ， 要 用 于 净 化 流 程 的 低 温 甲 醇 洗 装 主
也 比较 困 难 。
高 压绕 管换 热器 与 常规 形式 相 比 ， 有 以下优 点 ： 具 １ 降 低 了 温 差 应 力 ， 于 降 低 管 子 与 管 板 连 接 区 的 峰 ） 对 值 应力 、 止破 裂 和疲 劳起 到很 大 的作用 ；） 于换热 防 ２ 由
器 工 作 时 约束 缓解 ， 板 与管 子 连 接 区 的局 部 应 力和 管
的零件 后 ， 可依 据实 测值 再 次调整 各 组成 环 的公差 ， 还 使之 更符 合生 产 实际 。
［ 】 杨友才． ４ 修配法解装配尺寸链的新方法 ［Ｊ 中国科技信 Ｊ．
息 ，０ ５ １ ） １６—１ ７ ２ ０ （３ ： １ １．
高压U形管式换热器的管箱设计探讨
这里的介质短路 ，影响了换热 的效果。
料进出 口所必须 的长度 ，将超过 ７ ０ ０ ｍ ｍ，而设 备 内径 仅 为 ￣３ ０ ４ ｍ ｍ。
经过 方 案 比较 ，本 设 计 采 用 图 ｌ的 焊 接 管 板 （ Ｇ Ｂ １ ５ １中 ｂ型管 板 ） 和平 盖 封 头 的型 式 ，焊 接 管 板直 接 与 管 箱 法 兰 小 端 焊 接 ，将 所 有 管 程 开 孔 均 移 至平盖 上 ，这样 虽 然 管 板 厚 度 较 大 ，但 缩 短 了 管箱 的轴 向长度 ，便 于检 修换 热 管与 管 板 的 接 头 ，
一
弯矩 的大小 。本例 中壳程筒体 较薄 （ 采用 规格 为中 ３ ２ ５× １ ０的无缝管 ） ，在与管箱简体对管板的
联合约束 中作用较小 。本例计算 中壳程简体 和管 箱圆筒分别与管板 的旋 转 刚度值 之 比，前者仅 为 后者的 １ ／ １ ５ ，因此假定壳程筒体对管板 的约束 均
图 ３ 管箱垫片
一
２ 管板的计算
管板在管程压力 Ｐ ｔ 作用下 ，其直径 断面将按 图４ 虚线所示方向变形 ，由于管板与管箱和壳体直 接焊接 （ 本例管箱筒体为法兰 ） ，其变形受到法兰
的约束 ，同时受到壳程简体的约束。即存在弯矩 Ｍ
的支承作用 ， 使 管板 的受力状 态为 Ｐ ｔ 作用下 （ 受 管孔开 孔 削弱及 周边 弹性 支承 ） 的圆平 板 。这是 ｕ 形管式 换热 器 ｂ型管 板 与 ａ型 管板 受 力状 态 的
由管箱筒体提供 ，即对法兰所受 弯矩数值 略作 放 大 ，对法兰的核算结 果是偏 安全 的。忽略与管 板 固定相连 的管箱或壳体对管板 的约束 （ 支承 ）作 用在 Ａ Ｓ ＭＥⅧ 一１中也 有 考 虑 ，按 Ｕ ＨＸ一１ ２ ． ６中 提供的思路 ，将使管 板 的计 算厚度增 大，但 同时 可以免除对 与管板相连 的壳体产 生的附加轴 向弯 曲应力的校核 ，而管 板对与其 固定 相连 的管箱 或 壳体的附加轴向弯曲应力是 Ｇ Ｂ １ ５ １ 所没有考虑的。 周边弹性支 承 的圆平 板 ，可将计算 载荷分解 为两部分 ，一是在周 边简支 的 圆平板上 ，最大 弯 曲应力在 中心 ；二是 在受周边均 布支承弯矩作用 的圆平板上 ，弯 曲应 力处处 相等。由于两者符号 相反 ，管板对 法兰所施 加 的弯矩数值 ，可通过求 取管板因该弯矩的作用 ，而使最大应力 ｏ ｒ ｍ ａ ｘ 得 以 减小 的数值 （ 绝对值 ） ，此值 即为该弯矩单独作用 在管板土时 ，产 生 的弯 曲应力 ，进而可 以求得这
基于ASPEN软件的高压板翅式换热器设计研究
Байду номын сангаас
见表2,冷、热流体热负荷一温度变化如图2所示。 从图1、表2中可以看出，换热器已在ASPEN HYSYS软件模拟中处于热平衡，其平均温差为6.65七,
总的热负荷值为13301.81 kW, UA值为2000.25 kW/七，最小温差为3.75七，而且从图2中可以发现，冷、 热流体热负荷一温度变化曲线较为平缓，说明流体之间换热均匀，热损失较少。
流体C出 流体B出
、\z
流体C进
流体B进
流体A进
流体A出
换热器 图1 ASPEN HYSYS软件物性
模拟平衡
表2 ASPEN HYSYS软件物性模拟结果
整个换热器的性能参数
热负荷/kW
热损/kW
冷损/kW
值 / ( UA
kW/t )
最小温差氏
13301.81 424.84 0 2000.25 3.75
表1高压板翅式换热器设计参数
A 10.4 -45/65 362100 35/-7.165 9.172/9.103 1/0.9852
69
B 8.5 -45/65 342200 -15.42/31.25 7.373/7.304 0.9936/1 69
C 4.8 -45/65 19900 -23.54/18.33 4.069/4.000 0.6759/0.764 69
基于ASPEN HYSYS软件成功模拟出的流体物性数据，采用杭氧自主研发设计的传热设计软件进行传 热设计，计算结果满足换热器的热负荷和阻力降等工艺要求。
• 55 •
4板翅式换热器的结构设计
板翅式换热器主要部件包括芯体、封头、接管、支座等。芯体主要由传热翅片、隔板、封条、导流 片等零件组合而成。因此，在对高压板翅式热换器设计时，不仅要合理选取各主要承压元件的材料，更 应该对高压板翅式热换器的结构进行合理设计。 4.1材料选取
高压U形换热器设计
工作介质 设计压力 工作压力 设计温度 工作温度 换热面积 公称直径
MPa MPa ℃ （进口/出口）℃ 2 m mm
接管号
1 ○ 2 ○ 3 ○ 4 ○ 5 ○
名称 蒸汽入口 冷凝液出口 BDO 出口 BDO 入口 放空口
图 1 工艺外形示意图
1
二．
设计方案及特点：
1.管箱密封结构选取。 平封头在压力容器中使用很广泛， 特别是压力较高直径较小的高压容器及超 高压容器，几乎全采用平封头。而高压容器中常用的平封头以及其相应的密封结 构形式有：和 C 形垫、平垫、O 形垫、双锥垫等相配合的平封头，和 N.E.C.式密 封结构相配合的平封头，和卡扎里密封结构相配合的平封头，以及和卡箍结构相 配合的平封头等，其中以平垫、O 形垫，双锥垫居多。根据双锥密封适用范围： 设计压力为： 6.4～35MPa； 设计温度为： 0～400℃； 内直径为： Φ400～Φ2000mm 。 本设备设计参数与此条件吻合， 因此管箱密封采用双锥密封。 双锥密封结构简单， 制造容易，加工精度要求不太高，因而生产周期较短。在预紧时，它靠拧紧螺栓 而对密封面施加压紧力以达到密封（强制密封） ；在操作时，由压力升起，除螺 栓产生的压紧力减小，由于垫片的径向变形而使密封面上的压紧力更大，密封性 越好（自紧密封） 。双锥密封设计主要根据强制密封和自紧密封两种密封原理， 确定在预紧状态和操作状态的主螺栓载荷 Wa 和 Wp， 为主螺栓设计提供依据； 并根 据主螺栓载荷，为和密封结构相关的零部件（包括顶盖、筒体端部法兰等）的设 计提供依据 。
Wp = F + Fp + Fc
内压轴向力：
2 F = 0.785 DG ⋅ pc
pc ——计算压力 ( MPa)
式中：
压差法设计高压换热器分析
压差法设计高压换热器分析发表时间：2016-03-11T16:27:54.527Z 来源：《电力设备》2015年8期供稿作者：邱梅唤张春飞刘雪冰[导读] 江苏德邦工程有限公司对于高压换热器在保质保量且安全的前提下，在设计、制造、无损检测方面选取优化的方式来降低成本。
（江苏德邦工程有限公司南京 211153）摘要：近年来，由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素，传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展，为满足各行各业的需求，已经开发了多种新型换热器。
在最求高新技术的前提下，也想尽办法控制设备成本，来达到节能降耗的目的。
对于高压换热器在保质保量且安全的前提下，在设计、制造、无损检测方面选取优化的方式来降低成本。
关键词：高压换热器；压差法；热处理；无损检测；水压试验引言：换热器的主要作用是使热量从温度较高的流体传到温度较低的流体，进行热量交换，从而达到工艺目的，换热器是化工、动力、炼油、食品，制药及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。
高压换热器由于管壳程压力较高，按常规设计，管板和换热管就会相对较厚。
GB/T151规定，如果能保证管程压力和壳程压力在任何情况下都能同时作用，则可以按管程和壳程的压力差设计管板和换热管,来减薄承受压差元件的厚度，达到节能降耗的目的。
压差设计的换热器的结构形式有多种，但从设备的安全性能，制造的难易成度，无损检测的可操作性等方面进行比较，得出相对优化的结构，供实际生产所用。
拿下面的一台高压换热器为例来阐述说明。
此高压换热器为54万吨/年合成氨、95万吨尿素项目的一台设备，工艺条件如下：壳程设计压力（MPa）： 23管程设计压力（MPa）： 23壳程设计温度（ºC）： 190管程设计温度（ºC）： 175筒体公称直径（mm）： 1370换热面积（m²）： 2333.5换热管 φ12.7X1.24X12191 共4880根壳程进出口温度（ºC）: 162/44管程进出口温度（ºC）: 16.6/141壳程物料名称：工艺出料管程物料名称：工艺进料壳程材质： Q345R管程材质： Q345R、16MnⅣ、20设备整体结构如图所示：设备整体结构图1.管板结构及管板和换热管的压差法设计固定管板换热器的优点是结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。
高压板翅式换热器的设计开发
,
有力 推动 了板翅式换热 器 的技术进 步
在我 国
。
,
铝制
: 板翅式换热器 由杭州制氧机集 团有 限公 司 ( 以下 简称
0 杭氧) 等在 2 世 纪 印 年代中期 开发
.
成功
展
,
使我 国成为 继英 国
、
美 国和 日本 之后第 四个 能够生 产这种 换 热器 的国家 但杭氧当时
<
设计 生产 的铝 制板翅式换热 器 多 以 低压 换热 器 为 主 ( 尤其是 内压 缩 流程 的不 断成熟 和应 用
,
、 ,
2 OMP a
)
。
随 着 空 分 流程 的不 断 发
。
要 求板 翅 式换 热器 的设计 压 力 必 须提高
。
尤其进
,
人 2 世 纪 8 年代 以来 0 0 承 受中 器
,
随着我 国 内地 和 沿海 油 田 的不 断开 发 和石 油 化 工 行 业 的快 速发 展
由于 国内无 法 制 造 中
、 , 、
某 一 内压 缩 流程 空分 设备 主换热 器 的运行 参 数 少 友 2
表
2
某 一 内压缩流 程 空分设 备主换 热器运行 参数 高 压 空气
8 3 众)7 7C 8 2 3
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流 体 名你 你 流量/
咬 3 m
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高 压 氧气 气
“ …6 3幻 二 …0 二 5 画
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污氮气 气
.
h
设计
计 算方 法
、
特 点及 应 用 前 景作 简单介 绍
关抽词 : 高压板 翅式换 热 器 ; 芯 体
1
:
翅片 ; 流道
高压换热器密封结构的设计
高压换热器密封结构的设计摘要：换热器广泛应用于石油、化工等多个行业，在其运行的过程中，需要全面合理的设计才能达到密封、换热等效果，满足工业运行及生产等多个条件。
密封结构的设计尤为重要，按照我国现行标准，普通密封法兰和垫圈设计可以满足换热器本身的操作要求。
但随着部分装置规模的不断大型化，换热器也向着高参数化发展，呈现出大直径、高温、高压的参数特征。
因此，高温高压换热器密封结构的优化设计十分值得学习与探讨。
关键词：高压换热器；密封结构；设计引言高温高压换热器作为装置中的重要组成单元，需要保证其高效平稳的运行，因此在设计密封结构的过程中，要优先考虑设备的安全性与经济性。
高温高压换热器自身密封结构性能的良好与否，会直接影响到换热器在运行过程中的安全性，而设施自身的经济性，则需要通过设计与选用方案或密封结构的优化来保障。
本文对高温高压换热器上广泛使用的金属环密封结构、Ω环密封结构、螺纹锁紧环密封结构和隔膜密封结构进行了分析，以提供参考。
1高温高压换热器密封结构的特点上述四种高温高压换热器密封结构具有以下特点。
（1）金属密封环结构中的八角垫或椭圆垫密封结构组成相对简单，且技术较为成熟，对于在压力和直径方面设计要求相对不高的换热器而言，是一种可以优先选择的密封结构形式；（2）Ω环密封结构简单且不易泄露，整体造价较低，如果介质具有腐蚀性，为确保在维修周期中Ω环密封结构不会因腐蚀而受损，需要对其材质进行合理的升级；（3）螺纹锁紧环密封结构复杂却也紧凑，换热器本体体积小，多采用双壳程双管程的结构，换热效率高于其他密封结构。
且该密封结构为双密封，外部由螺纹代替主螺栓，内部由分合环、分程箱和管板逐级压紧密封，如在运行过程中泄露也不需要停车检修，紧固压紧螺栓即可达到密封要求；（4）隔膜密封结构与螺纹密封结构相似，相同体积下重量低于螺纹密封结构，具有易拆卸，加工精度要求低，密封简单不泄露的优点，适用于高压加氢装置。
本文依序对这四种密封结构进行介绍与分析。
浅谈高压螺纹锁紧环换热器的设计要点
（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ３ ５ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
如图 １ 所 示 的高 一 高 压 管 箱 结 构 ，从 右 侧 管 板 从 里 向 外 主 要 零 件 分 别 为 ：管 壳 程 内 密 封 垫 片 、
管板 、套筒 、支 ， 从选材 、结构设计及计算 三方面的设计要点进行了重点归纳总结 ，为今后的设计者提供借鉴与参考。
关键词 ：螺纹锁紧 ；换热器 ；结构特点 ；计算 ；要点
中图分类号 ：Ｔ Ｈ１ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９—９ ４ ９ ２（ ２ ０ １ ７）０ ４—０ １ ０ ６—０ ４
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ－ ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ； ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎｇ ｅ ｒ ；ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ；ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ
ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ， ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｔ ｏ ｏ ｆ ｆ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏｒ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ．
ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ － ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｙ ｐ ｅ ｈｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ｙ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｄ ｌ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｒ ｉ ｎ ｇ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ．Ｓ Ｏ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｋ ｅ ｓ ａ ｓ ｕｍｍａ ￣ （ ） ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ
大直径螺纹锁紧环高压换热器研制通过技术鉴定
３ 低 温 储 罐 安 全 设 计 低 温 储 罐 因 其 储 存 介 质 易 燃 易 爆 且 储 量 较 大 ， 全 措施 的设计 显得 尤为 重要 。 安
３ １ 温 度 测 点 的 设 置 ．
为 防止 发 生 液体 “ 滚腾 ” 象 ， 切监 视 低 温 现 密 储 罐 内温 度 的分 布 是 必 要 的 。因 此 ， 温 储 罐 内 低
要设 置 １ Ｏ个 左 右 的 温 度 测 点 ， 中 一 个 测 点 在 吊 其
低 温 储 罐 罐 顶 设 有 防 负 压 的 真 空 阀及 介 质 排
大气的安全 阀， 以备在负压或罐内超压工况下使用 。
３ ５ 完 整 的 消 防 水 系 统 ．
顶 以上 ， 其余 在 高度 方 向上 均 匀 布 置 。内罐 的罐
机 一 般 设 置 两 台 ， 台作 为 基 本 负 荷 压 缩 机 ， 一 一 另
低温 储罐 的设计 ， 特别 是 １ ０ｋ ０ ｍ。以上 的大 型储 罐 系统 的设 计 主要垄 断在 国外几 家公 司 。近 几 年来 ， 内的设 计 单位 采 用 与 国外 公 司 合作 的 国 方 式参 与 了一 些低 温储 罐 的设 计 工 作 ， 习 并积 学 累了一些 经 验 ， 具备 了一 定 的设 计 能 力 。大 型化 及 高安全 性 能要 求 是今 后 低 温 储罐 发 展 的 方 向 ， 这 也必 然会带 来结 构 的多样化 及材 料组合 的多样
大 直 径 螺 纹 锁 紧 环 高 压 换 热 器 研 制
通 过 技 术 鉴 定
由 中国 石 化 工 程 建 设 公 司 、 州 兰 石 机 械 设 备 有 限 兰
直 径 螺 纹 锁 紧 环 高 压 换 热 器 设 计 和 制 造 上 的 空 白 ， 我 使 国 大 型 化 螺 纹 锁 紧 环 高 压换 热 器 的设 计 和 制 造 水 平 上 了 新 的 台 阶 。该 设 备 随装 置 运 行 近 一 年 ， 出 现 异 常 ， 用 未 使
高压U形管式换热器管箱设计
【 关键词】 高压 ： ｕ 形管式换热器 ： 管箱： 双锥 密封 ： 螺栓
Ｏ ． 绪 论
对于高压管箱的设计 ． 其结构上必须保证强度 的可靠性 和密封 的 严密性。为了保证 强度 的可靠性 ， 使管 箱在确定压力及其他载荷作用 下． 不导致破坏 或过 量塑性变形 ． 就必须对各 受力 元件做详细 的应力 分析 ； 为 了保证密封 的严密性 ， 使管箱在操作时不产生泄露 ， 就必须 慎 重确定密封结构及相关零部件尺寸 本文 以在某项 目中高压 ｕ形管 换热器管箱部分的设计 为例 ． 阐述高压换热器管箱 的设计方法 。该 ｕ 形管换热器通过 管程锅炉给水将壳程急冷油冷却 以达到工艺所需要 的介 质 温 度
的种类 、 压力、 温度 等条件 ． 管程侧一般是条件 比较苛刻的介 质． 因此 管箱是设计高压 ｕ 形管式换 热器的关键 。高压容器的结构在保证 强度可 靠性 的前提下 ， 还需要保证 密封的严密性， 使容 器在操作时不产生泄露 ， 避免 引起着火或 者爆炸事故。 因此必须使 密封 结构 简单、 可靠 、 结构 紧
…
般先 假设． 如果 选用的 ｎ 值多 ， 则垫片 承压 均匀 ， 有利 于密封 ． 所需要 的螺栓直径也越小 ： 但是 ｎ 值过多 ． 导致螺栓间距减小 ， 上紧装置空间 不够 。 根据已确定的设备 内径调整取值 ． 这里选 ｎ ＝ １ ６ ， 再根据 主螺栓 的 最小直径 的计算公式 ， 求得主螺栓的最小直径。 对于有锥段 的法兰 ， 螺 栓的直径越大 ．扳手空间要求螺栓 中心圆到法兰锥段的距离也越大 ． 因此螺栓直径大或者小都会 导致螺栓 中心 圆变大。 由于操作时设备受到的工作压力或者温度是波动的 ． 会造成螺栓 的脉动载荷 ： 设备法兰和螺栓 的连接 ． 由于热阻的原 因． 法兰 的温度将 比螺栓 高． 温差引起法兰和螺栓 的膨胀量不一致 。 就会产生温差载荷 为了改善螺栓受到的脉动载荷 和温差载荷 ． 可采用降低螺栓 刚度 的办 法： 可将螺栓未车螺纹部分的直径减至螺纹 内径 ， 甚至更小 ． 也可通过 增加螺栓的长度降低其刚性 ： 为了使 各个 螺纹受力趋 于均匀 ． 需要将 主螺栓尾部加工成光杆 ： 为了使各个螺纹所分担的载荷尽可能 的均匀 和降低应力集中 ． 需要螺纹加 工有较高的精确度 和表面粗糙度 ． 螺栓 和螺母有 良好 的配合 ：为了减少螺栓 因安装不正确而产生 的弯 曲． 采 用在螺母下方加工成球面 ． 并 支撑在球面垫 圈上 ： 同时为 了减少螺栓 在拧紧时由于螺母和螺栓螺纹 间的摩擦产生的扭 曲应力 ． 可在较 大直 径的螺栓钻加油孔 ： 为了提高强度 以及在变动载荷下增加螺纹 的 自 锁 作用 ． 螺栓最好采用根圆细牙螺纹 综上所述 ． 本设备的螺栓选用细牙螺纹 Ｍ８ ０ ｘ ４ 这样简体端部 的结构可以由以下公式确定 ： 主螺栓 中心 圆直径 ： ￣Ｄ ２ ＋ １ ． ５ ｄ 筒体端部外径 ： Ｄ 。 ≥Ｄ 』 ． ８ ｄ ． 螺孔 的有效螺纹深度 ： ｈ ≥（ １ ． ３ ～ １ ． ５ ） ｄ 螺 孔深度 ： ｈ 等于 ｈ 加上螺孔加工工艺需要 的无效螺纹长度 ． ． 端部外缘长度 ｈ ： 当ｆ ｌ ＝ ３ ０ 。 时， ｈ ￣ｈ ２ ＋ Ｏ ． ５ ｄ ； 当ｆ ｌ ＝ ４ ５ 。 时， ＾ ≥＾ 。 ＋ 得出的数值除满足结构尺寸外 ． 还需要筒体端部 的强 度计算来 验 证． 如果强度不满足 ． 则需要重新调 整。
超高压电站锅炉的换热器设计与性能优化
超高压电站锅炉的换热器设计与性能优化随着能源需求的增加，超高压电站被广泛应用于现代工业和城市供电系统。
超高压电站锅炉作为其中的核心设备之一，在能源转换和供热过程中起着至关重要的作用。
换热器作为电站锅炉的重要组成部分，承担着烟气与水蒸汽之间的热交换任务，对于电站锅炉的运行效率和性能优化起着至关重要的作用。
一、超高压电站锅炉换热器设计要考虑的因素1.1 烟气侧传热阻力在超高压电站锅炉中，烟气的传热阻力是设计换热器的重要考虑因素之一。
烟气的传热阻力受多种因素影响，包括烟气流速、烟气温度、燃料成分等。
为了减小烟气侧传热阻力，可以采用增加换热面积、改善烟气流动状态和提高烟气侧传热系数等措施。
1.2 水侧传热阻力换热器水侧的传热阻力是另一个需要考虑的重要因素。
通常，水侧传热阻力由水流动的速度、管道内径、管道长度等参数决定。
为了减小水侧传热阻力，可以采用增加流速、增加管道内径和采用高效的管束排列方式等方法。
1.3 设计压力超高压电站锅炉的设计压力是设计换热器时必须考虑的重要因素。
设计换热器的时候，必须保证换热器的强度和可靠性能够满足电站锅炉的运行要求。
同时，设计压力也会影响到换热器的材料选择、结构设计和焊接接头的设计等方面。
二、超高压电站锅炉换热器性能优化方法2.1 材料选择换热器的材料选择是影响换热器性能的关键因素之一。
超高压电站锅炉换热器工作环境恶劣，要求材料具备良好的耐蚀性、耐高温性和耐压性等特点。
常用的材料包括不锈钢、合金钢和耐热合金等。
根据电站锅炉的具体工况要求，选择合适的材料可以提高换热器的使用寿命和效能。
2.2 结构设计换热器的结构设计也是影响其性能的一个重要因素。
合理的结构设计既要满足换热任务的要求，还要兼顾强度、刚度和可焊性等方面的要求。
同时，还要尽可能减小换热器的体积和重量，提高电站的节能效果。
2.3 流体力学优化流体力学优化是指对换热器内部流体流动状态进行优化，减小流动阻力和热传递阻力。
双壳程高压换热器的设计
３ 设 备详 细设 计
进 口温度／ ℃ 出 口温度／ ℃
程数
３ ． １ 换热器材质选择
关键词 ： 换热器 ； 高压 ； 双壳程 ； 设计 ； 检 验
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｋ １ ７ ２； Ｔ Ｑ ０ １ ３ ． １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ４ ） ０ ２— ０ １ ２ ６ ｈｅ Ｄｏ ｕｂ ｌ ｅ Ｓｈ ｅ ｌ ｌ Ｓ ｉ ｄｅ Ｈｅ ａ ｔ Ｅｘ ｃ ｈ ａ ｎｇ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｔ ａｔ ｅ ｏ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ Ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ
的管板应力 ， 必须在壳体 中间设 置膨胀节来补偿应力 。但 由 于本设备管程压 力过 高 ， 膨胀 节 的作 用将 被削 弱 ， 会使 得换
热管失稳 ， 从 而导致换 热管从 管板 上被拉 脱 ， 故本设备 不宜 选用 固定管板式结构 ； 而如果 选用 浮头式 结构 ， 由于管程压
得其成 为 目前应用最 广 的类 型 。管 壳式 换热 器按 其结 构和
・
１ ２ ６・
山 东 化 工 Ｓ ＨＡ Ｎ Ｄ ０ Ｎ Ｇ Ｃ Ｈ Ｅ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
２ ０ １ ４年第 ４ ３卷
双 壳 程 高压 换 热器 的设 计
李宇达
（ 中石化 宁波ｑ － 程有 限公司 ， 浙江 宁波 ３ １ ５ １ ０ ３ ）
摘 要： 换热器是化工行业生产 中的重要设 备。针对一高压双壳 程换热器 的设计 实例 ， 对设 计过 程 中换 热器结 构、 选材 、 壁 厚计算 、 密封 以及检验等进行 了介绍 。
一
如
（ Ｓ Ｉ Ｎ Ｏ Ｐ Ｅ Ｃ Ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ｏ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ ， Ｎ ｉ ｎ ｇ ｂ ｏ ３ １ ５ １ ０ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
高温高压铝制板翅式换热器的设计
应力逐步降低 ，特别是在 １ ０ ０ ℃以上 ，材料 的许用
例，阐述高温高压力
换 热器 为逆 流 换 热 形 式 ， 由于 工 作 时 甲烷 进 口温 度 有 可 能 出现温 度 瞬 间上 升 到一 百 多 摄 氏度 的情 况 ，故 热流 体 的设 计温 度 最 终取 为 １ ５ ０ ℃ 。 由 于假 设 温 度 的提 高 ，极 端情 况下 ， 换热 器 热 端 冷
热流体 的温度分别为２ １ ． ５ ℃和 １ ５ ０ ℃，经过简化传
Ｊ ４ 一 ■ 论文广场
一
石 油 和 化 工 设 备
２ ０ １ ３ 年第１ ６ 卷
高温高压铝制板翅式换热器 的设计
梁维好 ，王明志，孔翔
（ 杭州杭 氧股份有 限公司 ，浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ４ ）
［ 摘 要］介绍 了高温高压板翅式换热器的设计特点，阐述了高温高压工况下，在不超过铝材使用 温度时，只要对板翅式换热器进 行合理的结构设计和材料选用，同样可以用来替代管 壳式换热器，缩小设备体积 ，满足装置大型化的工艺流程要求。
空气分离、乙烯 、丙烯等烯烃 、天然气处理 、液 化天 然气 、液 氮洗 等领 域 的低 温分 离装 置 中。
随着 化 工 装 置 的大 型 化 发 展和 化 工 工 艺 的高 温 、 高 压 化 趋 向， 高温 、高 压 换 热器 越 来 越 多地 被 广 泛 使 用 。此 类 换 热 器 一 般 以管 壳 式换 热 器 居 多，铝制板翅式换热器十分罕见 。这是因为 ，用 来 制 作 换 热器 的铝 材 在 常 温 或 低温 下虽 能保 持 良 好 的 材 料 性 能 ，但 随着 温 度 的升 高 ，材 料 的许 用
130×10^(4)ta加氢裂化高压换热器优化设计
张运虎等：130×104t/a 加氢裂化高压换热器优化设计第11卷第2期（2021-02）1装置概况辽阳石化公司加氢裂化装置是第二套国产化装置，串联式中间馏分油循环流程，装置自建造以来经过多次改造，目前为130×104t/a 串联式一次通过流程。
原料主要是俄罗斯原油直馏蜡油，可以掺炼部分焦化蜡油抽余油和催化柴油[1-5]。
装置共有6台高压换热器，分别为反应流出物与原料油、循环氢、低分油换热，换热流程示意图如图1所示。
图1换热器流程示意图高压换热器E1101、E1102、E1104是反应流出物与原料油换热，但是分别是两种不同换热流程。
其中E1101、E1104是一组换热流程，原料油经泵P1101进入E1101、E1104换热，然后和循环氢混合进入精制反应器；E1102是另一组换热流程，原料油经泵P1114进入E1102换热，然后并入E1101、E1104原料油出口管线，和循环氢混合进入精制反应器。
加氢裂化一共有4台进料泵，分别是P1101A/B、P1114A/B，正常生产时候仅P1101A/B 运行，P1114A/B 停，导致换热器E1102处于未投用状态，浪费换热器取热面积，造成原料油换热后温度较低，只能用循环氢加热炉提温，能耗较高。
同时，反应流出物有部分热量没有取出，造成高压空冷冷却后温度较高，每到夏季成为制约装置高负荷运行瓶颈问题。
通过设计两个改造方案，将E1102利用上，提高了原料油换热温度，同时解决了影响装置高负荷运行瓶颈问题。
一是E1102并联方案：通过在P1101A/B、P1114A/B 泵出口处加跨线和阀门，将P1101A/B 出口流量分流到P1114A/B 出口，将E1102换热器利用上。
二是E1102串联方案：将E1102和原料油换热器E1101、E1104串联起来进行换热。
2E1102并联方案2.1改造方案通过在P1101A/B、P1114A/B 泵出口处加跨线和阀门，将P1101A/B 出口流量分流到P1114A/B 出130×104t/a 加氢裂化高压换热器优化设计张运虎1苏赞澎2闫虹3李长东1（1.辽阳石化公司炼油厂；2.中国昆仑工程有限公司；3.辽阳石化公司研究院）摘要：辽阳石化公司加氢裂化装置由于建造时间早，经过多次改造，高压部分换热流程不合理，其中一台高压换热器E1102未利用，造成能量损失，增加装置能耗。
高压加热器的设计
高压加热器的设计一概述火力发电厂的高压给水加热器（以下简称“高加”）是利用汽轮机的抽汽加热锅炉给水的装置。
电厂配置了给水加热系统以后，可以提高电厂热效率10~12%（高的可达15%左右）节省燃料，并有助于机组安全运行，这是采用汽轮机已作部分功的蒸汽来加热锅炉给水。
汽轮机在高压缸中间的抽气用作3#，2#高加进汽，在中压缸抽汽可提供1#高加进汽。
给水通过蒸汽及饱和水的加热后，在进入锅炉气包之前已加热到较高的温度，可减少燃煤的加热过程，使电厂热效率提高。
若高加发生故障而停运，届时给水就即改道旁路管道而进入锅炉，水在锅炉中吸收热量增加。
因此降低了锅炉的蒸汽蒸发量，造成过热器中的蒸汽过热度提高，有可能造成过热器被烧坏，高加停运，汽轮机的膨胀差增大，威胁汽轮机的安全。
因此，高加停运可能使电厂发电负荷降低10~15%。
二高加简介2.1按压力分类（以高加给水侧压力划分）1. 中压高加：中压 6.5Mpa；次高压 9.7Mpa。
2. 高压高加：高压 19Mpa；超高压 24Mpa（一般设计压力Pd=20Mpa）亚临份 31Mpa（一般为Pd=28Mpa）；超临份=37Mpa 。
2.2 按结构分类：1.管板式-----U形管管板式；2.集箱式----螺旋管集箱式（俗称盘香管式）。
U形管管板式可分为：正置立式，倒置立式，卧式三种。
200MW的机组基本上都为正置立式居多；100MW~200MW有采用倒置式；300MW及以上大型机组高加几乎都采用卧式布置。
2按传热区段分类：1.单纯凝结段；2.凝结段和疏冷段二段式；3.过热段和凝结段二段式；4.过热段冷凝段和疏冷段三段式；5.单一疏冷段（即外置独立的输水冷凝器）；6.单一过热段（即外置独立的过热蒸汽冷却器）。
通常高加设计为二段式与三段式两种（外置式“疏冷”蒸冷“已很少采用）。
一般在小型机组设计成二段式，而大中型高加在结构上可能时，都装设”疏冷段“即按三段式设计。
三.高加的结构设计由于集箱式高加结构在我国采用极少只有前苏联采用较多。
高压U形管式换热器的设计
氢 气 为 易 爆 介 质 。 当铁 素 体 钢 制 压 力 容 器 的 设 计 温 度 ２２００℃且 与 氢 气 氛 相 接触 时 为氢 腐 蚀 环 境 。氢 腐蚀环境 中如 同时存在高温硫腐蚀 、高温 蠕变 、蠕变 与氢腐蚀 的倍增效应 、回火脆性等其 他 因素 时，还应考虑这些 因素对钢材高温力学性 能 的影 响 。
焊 接 规程 》 ，ＮＢ／Ｔ４７０１８．１～４７０１８．７—２０１１《承 压设 备用 焊接 材料 订货 技术 条件 》等 。
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…
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作者简介 ：尤培兄 （１９７８一），女，江苏宝应人，本科学历， 工程 师。在 中国石化南京 工程 有限公司设备 室从事压力容器设计
工 作 。
第 ６期
尤培兄 高压Ｕ形管式换热器的设计
．ＪＪ．
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２高压 换 热器 材料 选择 及技 术要 求
２．１介质 特 性
由 于 换 热 器 壳 程 和 管 程 的 压 力 差 较 大 等 原 因 ，在 设 计 中遇 到 多项 超 标 准 的 内容 ，采 取 相 应 的 非标 设计 方 案 ，涉 及 设 计 标 准 规 范选 定 、材 料 选 择 、结 构 确 定 、设 计 计 算 、 制造 验 收 技 术 条 件 等 多方 面 的 内容 。换 热 器 主 要 由管 板 、简 体 、管 箱 及换 热管 束等 部件 组成 ，见 图１。
高压螺纹锁紧环换热器的设计
高压螺纹锁紧环换热器的设计作者：范勇波来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第10期摘要：本文从高压螺纹锁紧环换热器结构及其应用特点出发，对换热器的结构设计、材料选择、强度计算这三个方面进行论述，确保换热器的安全运行。
关键词：高压;螺纹;锁紧环;换热器;设计1 高压螺纹锁紧环换热器结构设计高压螺纹锁紧环换热器具有密封可靠、承载能力高的特點，广泛应用于高温高压工况的加氢装置。
螺纹锁紧环换热器具有特殊管箱结构，如下图所示。
如上图所示，螺纹锁紧环换热器管箱结构的管程筒体和壳程筒体能焊接为整体，所有内构件都安装在内部，有效减少泄漏点和泄漏概率。
螺纹锁紧环上的压紧螺栓只需提供垫片密封所需压紧力，而管箱端部大法兰结构的换热器主螺栓需承受内压和压紧力两种载荷，在相同工况下，螺纹锁紧环结构更加紧凑，显著提高结构的密封可靠性及运行安全性能。
对密封结构来说，高压螺纹锁紧环换热器的密封包括管程和壳程间密封两部分，相比管箱端部大法兰结构的换热器来说密封效果要好。
从管壳程间密封上看，其密封主要依靠内部螺栓拧紧来实现。
在操作中，因换热器长期处于高温高压状态，管壳程间密封垫片和内部螺栓间会出现应力松弛现象，导致管壳程间密封性降低，此时可拧紧内圈螺栓来提高其密封性，并利用内嵌螺栓作用力借助密封盘、顶销、压环等传递给管壳程和管板的垫片结构，提高结构密封性。
在结构设计中，针对管箱部件设计时，使用ASME梯形螺纹作为锁紧螺纹，其螺距为15或16In，内圈压紧螺栓直径应与内套筒直径一致，外圈压紧螺栓直径应当与管程密封垫片直径一致，压环和内套管结构在设计中应当能抵抗由内圈压紧螺栓传递形成的拓展作用力，使其避免变形。
对于接管和壳体焊接结构，由于管箱壳体较厚，通常采用安放结构式焊接结构，该结构受力情况良好、应力集中小，且焊缝填充金属量较少，施工便捷。
换热器管束一般采用U型管结构，当设备直径较大时，管束端部振动幅度较大，此时要在管束尾端处沿壳体中心线设置适当数量的管箍，以此提供支撑作用力，减少管束振动，防止损坏换热管。
一种高压水气换热器[实用新型专利]
![一种高压水气换热器[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b930f53a76a20029bc642d9f.png)
专利名称：一种高压水气换热器专利类型：实用新型专利
发明人：张明,刘宇,刘彩萍
申请号：CN201921805574.0申请日：20191025
公开号：CN210980908U
公开日：
20200710
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及换热器技术领域，具体为一种高压水气换热器，其中容器的顶部和底部均为端盖，所述进气管和出气管分别设置在顶部端盖和底部端盖，所述气体流通管路的两端连接分别连接进气管和出气管，所述气体流通管路主体为弹簧式的盘旋装，所述进液管设置在容器外壁的底部位置，所述出液管设置在容器外壁的顶部位置，所述容器的内部设有板材弯折形成的液体导向结构，液体导向结构为片状螺旋式结构，该液体导向结构主体延伸方向为垂向方向，使容器内的液体由下至上流动时产生涡流，以增加液体在容器内的行走路径。
本换热器可以使换热器中液体和气体充分换热，保证液体在容器内停留时间足够长。
申请人：沈阳张明化工有限公司
地址：110000 辽宁省沈阳市沈阳经济技术开发区彰驿站镇前庙三台村
国籍：CN
代理机构：沈阳易通专利事务所
代理人：于飞
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管程高压换热器的优化设计
高亚娟，李保志，张作为
（大庆石化公司检测公司，黑龙江大庆163714）
摘要：管程高压换热器在不选用螺纹锁紧环换热器的前提下，只能选择平盖特殊高压管箱，这
种管箱结构特殊，其他受压元件为常规结构；管板强度校核计算采用解析应力分析法，假设条
件少，能够准确反映强度指标，其他受压元件计算按照GB/T 151-2014标准设计。
关键词：高压换热器；高压特殊管箱；f型管板；平盖
热油—三元溶液换热器是油田三次采油关键设备，利用壳程的高温三元溶液加热管程内的原油，高温侧在壳程，高压侧在管程，该换热器选型为D型高压管箱、E型壳体型式和U 形管换热器。
原来引进的日本设备是按照ASME规范设计的，改用GB/T 151-2014设计，由于国产材料安全系数低，相应的许用应力大，因此，国产化设计后，相应的壁厚很大程度的减薄，强度校核通过。
特殊高压管箱的计算采用应力分析方法，相对建模模拟软件来说，这种应力分析方法是解析法[1，2]，该方法的应力分析，减少了很多假设，因此更为准确。
1 设计条件
热油—三元溶液换热器的设计数据见表1。
表1 换热器的设计数据
项目壳程管程
设计压力/MPa 0.4 17.9
设计温度/℃340 200
介质三元溶液原油
直径/mm 355.6400
程数 1 2
2 结构设计
2.1 管箱结构
该换热器的特点就是管程高压，采用特殊高压管箱，因为换热器直径不大，所以没有采用螺纹锁紧环[3~5]封闭管箱，采用平盖加金属环垫片封闭管箱，小直径条件下，这种管箱与螺纹锁紧环管箱重量相差不多，计算经验成熟。
管箱的分程隔板结构可以承受冲击，直接承受冲击的平板总长度只有260 mm，宽400 mm，周边焊接，悬臂端用环板拉筋，结构见图1。
图1 分程隔板结构
2.2 管板结构
管板采用f型管板，与管程筒体连接，加工过渡段，管板与壳程法兰连接，设计成凸缘法兰结构，结构见图2。
图2 管板结构
管板密封面与轴线的垂直度为0.2 mm；管孔与密封面的垂直度为0.1 mm。
这种管板较好地解决了管板与管箱筒体连接处的局部应力集中问题，圆弧R10是应力释放的最佳尺寸，尺寸132 mm是应力集中衰减接近最小值位置，因此，这种管板应力集中在可以控制范围内。
2.3 管程法兰和平盖
选用标准管法兰尺寸，在强度计算过程中，调整相关尺寸，使管程法兰和平盖，尺寸相对减小，尽量不增大螺栓的尺寸，结构详见图3。
图3 管程法兰和平盖结构
这是非标法兰和平盖结构，在计算的时候考虑减轻平盖重量，最新的技术表明，采用螺纹锁紧环结构[4~12]比较适用，由于这台换热器内径不是很大，采用螺纹锁紧环结构，制造难度增大，不利于检修和改造，因此，还是采用法兰和平盖的结构。
2.4 壳体
壳体由容器法兰、加强段、筒体、封头、接管和管法兰组成，为了解决左鞍座的稳定性问题，容器法兰接加强段，加强段厚度计算得出，见图4。
图4 壳体结构
采用F型管板不用考虑容器法兰的配对问题，因此，强度计算的时候，仅按照壳体的内压计算即可。
加强段的范围以鞍座所需要的宽度为准，控制鞍座应力低于许用应力的50%，这样的支撑结构是安全的，是估算值，准确鞍座应力和加强段所承受的薄膜应力，需要分析设计计算。
该换热器的其他结构是常规的，整体装配后见图5。
图5换热器整体结构
3 强度计算
文献[6]提供了常规换热器的强度计算方法，这些计算方法也是应力分析方法，是解析式，但是需要借助计算机技术来计算。
3.1 管箱容器法兰和管箱平盖计算
管箱容器法兰计算按照文献[7] [10]计算即可，选用金属环垫片，垫片系数m=5.5，比压力y=124.1 MPa ，
管箱平盖按照周边简支圆平盖来计算，是1种平封头，按照GB 150.3计算，平盖结构特征系数K 分为操作时和预紧时2种情况： 操作时：378.13.0c
C G
D P WL K +=； 预紧时：378.1C
C G
D P WL K = 3.2 管板计算
管板是f 型，管板与管箱连成一体，与标准的f 型管板[6]比较，区别就是凸缘法兰，计算参考筒体端部[7]，但是计算的时候，还是按照管板延长部分兼做法兰来考虑，于是，计算管板的抗弯刚度和各项旋转刚度，再计算法兰的计算系数，法兰力矩，计算法兰应力和管板应力，按照文献[6][11][12]的公式计算即可。
3.3 壳程法兰计算
壳程法兰与管板配对，是常规法兰计算，按照文献[7]计算即可。
3.4 壳程筒体加强段计算
壳程筒体加强段，是在满足内压的前提下，还要满足换热器重心偏离容器中心给鞍座带来的影响，确定支反力的时候，可以确定一个原点，分别计算出，两个鞍座的支反力，比较结果，加强段的支反力是另外1个鞍座的支反力2倍，因此，在鞍座标准尺寸相同的情况下，加强段的鞍座应力提高很多，在鞍座计算时，增加筒体厚度的办法试算筒体的稳定性，计算过程，按照鞍座的规范执行即可。
4 结束语
管箱高压U 形管换热器，也可以设计成双壳程结构，在管板和法兰计算上，和单壳程一样的，不必特殊考虑。
压力容器强度计算软件很方便地应用在换热器的计算上，因此，文中没有详细列举具体的计算过程，仅提出需要考虑的几个问题供参考。
参考文献：
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2015（3）：42-45.
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收稿日期：2016-04-11
作者简介：高亚娟，女，助理工程师，1998年毕业于大庆石油学院化工与石油机械工程专业，现从事化工设备管理工作
Design of a kind of high pressure heat exchanger
Gao yajuan1,Li baozhi1,Zhang zuowei1
(1.Daqing Petrochemical Engineering Testing Technology Co., Ltd, Daqing Heilongjiang province of
P.R.C,163714)
Abstract: Heat exchanger that channel is high pressure in case of not used thread-locking ring, it must select special high pressure channel. This channel structure is special, and other structure is regular. Tube sheet strength check calculation adopt analyzing stress method, because of little assumption, it is consistent of strengthen value correctly. Other pressure part calculation according to GB/T 151-2014
Keywords: high pressure heat exchanger; Special high pressure channel; Type f tube sheet.; Flat cover。