高温高压焊接密封结构式双壳程换热器的设计
高温高压下两种大温差换热器结构的对比分析
第47卷第3期化工机械383咼温咼压下两种大温差换热器结构的对比分析陈晨1张志远2（1.山东三维石化工程股份有限公司；2•天华化工机械及自动化研究设计院有限公司）摘要介绍了高温高压工况下两种管程进出口温差较大的管壳式换热器换热管的布置与结构!一种根据管板应力大小分布区域，用类似喷泉式结构的布管形式来调整管板上高温进口和低温出口的位置，减少管板径向温差引起的热应力；一种通过管插管的刺刀式结构，高温介质由内管流入，经换热后从管间间隙流出，从而降低管板的金属壁温！两种结构均减小了管板厚度、降低制造成本，提高设备运行的可靠性!关键词+形管热交换器大温差喷泉式结构刺刀式结构中图分类号TQ051.5文献标识码B文章编号0254-6094（2020）03-0383-03随着我国经济的高速发展，石化装置在趋于大型化发展的同时，压力、温度也不断提高。
在石化装置中，换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%~45%[1]，伴随着节能技术的发展，通过热交换器实现装置能量的回收利用，带来了可观的经济效益，在此驱动下，这一占比越来越高#例如，变换炉型式的发展从最初的绝热型到内置!形换热管束，形成可移热、控温式的变换炉，这种炉型可将变换反应的副产热量及时移走，有效控制了变换炉的反应温度，不仅有利于提高反应深度,还能有效避免变换炉“超温”现象。
正因为对单台变换炉反应深度的大幅度提升，整个变换流程由早期的三段甚至四段炉全绝热反应，缩短为现在的两段控温反应或三段炉绝热加控温反应#由此可见在提高装置核心设备压力、温度的同时,巧妙地设计换热管的布置结构不仅能够缩短工艺流程，减少占地面积，降低总投资，而且能保证整个装置安全、长周期、高效的运行。
笔者通过对两个氨合成项目中不同结构废锅换热管的布置结构进行对比分析，为其他类似工况下换热器的优化提供借鉴。
1喷泉式结构废锅喷泉式结构废锅主要设计参数见表1（设备管程进口管和热箱设计温度为440!,换热管和管板设计温度为400!，管箱和出口设计温度为330!）,其结构示意图如图1所示+表1喷泉式结构废锅主要设计参数项目设计温度/!设计压力/MPa进/出口温度/!工作压力/MPa介质管程440/400/33016.5402/26014.6合成气壳程280 4.8246/253 4.1锅炉水从设计参数中可以看出，管程进出口温差高达142!，如果采用传统的两管程U形管上下的布管方式，会使管板上半部与下半部存在较大的温差，管板上下两部分沿径向膨胀不均匀，变形不协调会引起较大的温差热应力，该热应力与压力产生的应力相互叠加，导致无法采用常规设计对管板进行计算，管板的数值模拟分析也将会变得异常复杂。
双管板换热器的结构及制造工艺合理设计
双管板换热器的结构及制造工艺合理设计一、双管板换热器结构设计准备工作（一）结构初步规划对于一项双管板换热器而言，其结构主体上有4块管板，主要结构状态如下：首先是法兰式管程侧管板，有两块，其与管箱法兰之间的连接使用垫片以及螺柱，同时联通换热管、管道共同组成管程。
换热管与管程侧管板之间的连接可采用贴胀与强度焊联合方式，在介质选择上也适应于条件偏向苛刻程度的介质。
非法兰式的壳程侧管板与壳体之间的的连接让壳程更具完整性，在换热管与壳程侧管板之间的连接方式为强度胀接。
在结构中，壳程管板与换热管之间又可以构成两腔积液程，由此产生形态特殊的四腔结构。
（二）選材控制材料的选择关系到双管板换热器的使用稳定性以及安全性，因此选材是结构设计的关键。
在材料选择方面，首先应考虑介质特性，重点放在抗腐蚀方面，并根据用户需求加以调整，保障在压力以及操作温度方面不会对工艺性能产生不良影响。
换热管与管程侧管板之间的连接使用贴胀加强度焊型式，锻件级别为Ⅱ级。
由于换热管与壳程侧管板之间的连接属于强度胀接，因此要求管板质量高，故锻件级别为Ⅲ级。
同时，鉴于管板材料在硬度值方面要与双管板换热器约在HB20-30之间，从理论上来说不锈钢管板与换热管之间的硬度应属于同一水平，但在实际硬度测量中发现，硬度变化能够通过材料供应以及材料选择实现。
在具体设计制造环节中，设计人员同样需要对换热管与管板管孔之间的间隙严格把关，利用“特殊紧配合”原则减少管板材料与换热管之间由于硬度差带来的不良影响。
需要注意的是，换热管HBW硬度要求应在评定实验中明确指出。
二、结构设计要点（一）布管操作以某实际设计为例，换热管外径19mm用户将布管间距设置为23.75mm，将排列方式要求为转角正三角形，因此理论上来说孔桥宽度只能够为4.75mm，在制造中胀接环节操作具有一定难度。
按照双管板换热器传统经验结合相关企业自行加工制造能力，可将换热管与管板之间的胀接设定为液袋柔性胀接，其作用原理如下：当液体压力不断上升过程中，换热管受到压力后会出现变形，并且随着压力的增大变形程度也会加大（此变形属于弹性变形），之后在达到塑性变形程度时会被挤压至管板孔壁部位。
管壳式换热器结构介绍
后封头
L型后封头：和A型前封头相同 M型后封头：和B型前封头相同 N型后封头：和N型前封头相同 U型：U型管束,管束可移动,壳侧容易清洗；热膨胀处理优秀,经济无法兰； 缺点是管侧无法清洗,更换管束困难,弯头部位容易冲刷损伤, P型封头和W型封头已经被淘汰,不在使用， S型封头：其尺寸特点是其后封头要比壳体的直径大,优点是可以解决换热 器设计过程中的两个问题,一是可以消除换热器的热应力,二是换热器的管
造遵循标准：国外TEMAASME国内GB151、GB150
换热器封头选取原则
1、管壳侧是否需要清洗； 2、是否需要移动管束； 3、是否需要考虑热膨胀； 前封头类型：A、B、C、D、N 后封头类型：L、M、N、P、S、T、W 后封头又分为固定式、浮头式以及U型管,相对于固定式,浮头式造价更高、 需要更大的壳径、低的换热效果由于泄漏流C的存在,优点则是一端具有自 由度可以处理好热膨胀问题,
温度，
5、设备结构的选择
对于一定的工艺条件,首先应确定设备的形式, 例如选择固定管板形式还是浮头形式等，参
螺纹管性能特点
在管子类型中,螺纹管属于管外扩展表面的类型,在普通换热管外壁轧制成 螺纹状的低翅片,用以增加外侧的传热面积,螺纹管表面积比光管可扩展 1.6-2.7倍,与光管相比,当管外流速一样时,壳程传热热阻可以缩小相应的倍 数,而管内流体因管径的减小,则压力降会略有增大，螺纹管比较适宜于壳
K型壳体：主要用于管程热介质,壳侧蒸发的工况,在废热回收条件下使用，
X型壳体：冷热流体属于错流流动,其优点是压降非常小,当采用其他壳体 发生振动,且通过调整换热器参数无法消除该振动时可以使用此壳体形式,
其不足之处是流体分布不均匀,X型壳体并不经常使用，
在化工工艺手册中,I型壳体类型可EDR软件中的不是同一种壳体,其形式见 I1,它的使用方式仅有一种搭配,就是BIU,U型管换热器，
化工原理课程设计——列管式换热器设计
课 程 设 计列管式换热器的设计高分子材料与工程09-1班 何兵2012年6月29日设计题目 学 号 专业班级 学生姓名指导教师课程设计任务设计题目：列管式换热器设计设计时间： 指导老师：何兵设计任务：年处理41050 吨40%乙醇水溶液的精馏塔预热器1．设备型式 卧式列管式换热器。
2．操作条件（1）原料温度20℃，进料热状况参数q=;（2）加热蒸汽采用绝压的饱和蒸汽;（3）允许压强降：不大于510Pa;（4）每年按330天计算，每天24小时连续运行;（5）设备最大承受压力：P=;设计报告：1．设计说明书一份2．主体设备总装图（1#图纸）一张，带控制点工艺流程图（3#图纸）目录1 前言 ................................... 错误!未定义书签。
乙醇简介 ......................................................错误!未定义书签。
换热器概述 ....................................................错误!未定义书签。
换热器的应用 .............................................错误!未定义书签。
换热器的主要分类 .........................................错误!未定义书签。
管壳式换热器特殊结构 .....................................错误!未定义书签。
换热管简介 ...............................................错误!未定义书签。
2.工艺流程设计的基本原则 ................. 错误!未定义书签。
3. 设计方案及设计计算 .................... 错误!未定义书签。
初选型号 ......................................................错误!未定义书签。
毕业设计(论文)流量为200th双管程固定管板式换热器设计(全套图纸)
Compute in the traditional craft in include to transmit heat an area calculation, spread a calories calculation and transmit heat coefficient to really settle and change hot path inside the tube and change hot tube model number of choice, and transmit heat coefficient, press to decline and checking of wall calculate etc. problem.
Key word: Change a hot machine; Float to take care of plank; Transmitheat a calculation; The strength school checks
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。
双管板换热器的设计与制造(通用版)
双管板换热器的设计与制造(通用版)Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production.( 安全管理 )单位：______________________姓名：______________________日期：______________________编号：AQ-SN-0056双管板换热器的设计与制造(通用版)换热器是在不同温度物料之间进行热量传递的设备，其主要作用是维持或改变物料的工作温度和相态，满足工艺操作要求，提高过程能量利用效率进行余热回收。
在换热器设备中，管壳式换热器应用最为广泛。
在实际操作中换热器的换热管和管板连接处最容易发生泄漏,从而使壳程物料和管程物料有少许混合,而且这种泄漏目前还没有有效的方法完全防止。
在有些场合,某些泄漏是允许的,但在以下的场合,这些泄漏是不允许的：1）产生严重的腐蚀；2）使一方物料产生严重的污染；3）产生燃烧和爆炸；4）产生固溶化,形成设备的污垢；5）使催化剂中毒,降低或消除催化剂的性能；6）限制另一程的反应；7）使产品不纯。
在这些场合,我们通常采用双管板换热器,以减小泄漏，能有效防止两种物料混合,从而杜绝上述事故的发生。
所谓双管板换热器就是在换热器一端设有一定间隙的两块管板或相当于有一定间隙的两块管板的换热器。
双管板换热器的结构一般有两种。
一种为固定管板式换热器,一台换热器共有四块管板。
这种换热器的壳程及管程中两种介质的流动方向为逆流,其传热系数较高,传热效果较好。
另一种为U型管式换热器,一台换热器共有两块管板。
这种换热器有一半管束管内外介质的流动方向为并流,另一半管束管内外介质的流动方向为逆流,因此其传热系数较低。
新型高效扭曲管双壳程换热器的研制
中国分类号 ： Ｔ １ ｔ ４ ９ ； Ｔ Ｑ ０ ５ １ ５ ； Ｔ Ｑ ０ ５ ０ ６ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ ８ ３ ７ （ ２ ０ １ ４ １ ｆ ） １ —０ ０ ６ ８— ０ ７
ｄ ｏ ｉ ｌ ０ ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ １ — ４ ８ ３ ７ ２ ０ １ ４ ０ １ ０ Ｉ １
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ Ｎｅ ｗ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｄｏ ｕ ｂ ｌ ｅ Ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ Ｔｗｉ ｓ ｅ ｄ Ｔｕ ｂ ｅ Ｈｅ ａ ｔ Ｅｘ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ
摘 要： 应用计算流体力学模拟 了不 同扭距下扭 曲管的传热性能。通过实验室测试并比较扭 曲管换 热器和 弓形折流板换热器的传热性能差异 ； 介绍 了扭 曲管双壳程 换热器 的结构 设计创新。通 过工 业试验产 品在某厂 的成功应用 ， 验证 了该新 型高效扭 曲管双壳程换 热器的综合 强化传 热能力 比传 统折流板换热器提高 ３ ０ ％～ ４ ０ ％， 节能效益显著 ， 工 业应用前景广 阔。 关键词： 扭 曲管 ； 双壳程 ； 强化传热 ； 节能
新 型高 效 扭 曲管 双 壳 程 换 热 器 的研 制
张铁钢 ， 梁学峰 ， 王朝平。
（ １中国石化工程建设有限公司 ， 北京
双管程双壳程卧式换热器工艺设计
双管程双壳程卧式换热器工艺设计下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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换热器的设计说明书
换热器的设计1.1 换热器概述换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。
由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。
换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有:①热负荷及流量大小；②流体的性质；③温度、压力及允许压降的范围；④对清洗、维修的要求；⑤设备结构、材料、尺寸、重量；⑥价格、使用安全性和寿命；按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。
其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。
管型换热器主要有以下几种形式：（1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。
但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。
对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。
（2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。
另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。
因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。
适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
（3）U形管式换热器换：热效率高，传热面积大。
结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。
表1-1 换热器特点一览表在过程工业中，由于管壳式换热器具有制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多优点，管壳式换热器被使用最多。
工业中使用的换热器超过90%都是管壳式换热器，在工业过程热量传递中是应用最为广泛的一种换热器。
高温高压换热器密封结构类型分析
封，该种密封结构经过大量的实践证明值得规模化应用及推广，且其属于非强制密封一类。
同时，该种密封结构是以法兰垫片密封结构作为基础经过改良而得到的。
其中所用的Ω形环是一种焊接结构的密封元件，是由两个半Ω形环焊接组成的。
该种密封结构密封原理如下：在在高温高压换热器的法兰和管板上分别将两个半Ω形环焊接其上，在之后的组装换热器壳体及管箱部分工作中，针对两个半Ω形环做出密封焊接，最终组成一个完整的密封结构[2]。
在经过这一步操作之后，Ω环实际上就成为了管箱或者是壳体的组成部分之一，也就意味着需要同时承担来自管程和壳程的压力，换热器内部的螺栓则需要全面承受因为介质压力引发的轴向力。
该种密封结构具备如下几点优势：第一，Ω形环环壳部分虽然直径较小且壳壁较薄，但却可以承受较高的压力数值。
第二，Ω形环作为焊接结构的一种，能够做到将盛装介质和外界环境完全隔绝。
第三，Ω形环因其自身在轴向变形能力上具备优势，不会受到来自温度、压力等方面的变形差异的影响。
第四，该密封结构体系、制造和拆装较为便利，密封效果较为优秀，很好的避免了使用其他类型垫片可能会出现的密封面失效现象的出现，同时也不会因为受密封面的变形错位影响出现介质泄漏问题。
同时，其缺陷也较为明显，在制造过程中有着较高的精度要求。
第二，焊接工作需要在两片法兰深处的缝隙和连接螺栓的内侧完成，这也为焊接工作的顺利有效进行带来了一定的阻碍。
第三，在换热器拆装检修工作进行的时候，需要针对金属密封环进行焊接和切割，同时这种密封环在重复使用次数达到一定限制之后，需要及时进行更新。
第四，使用该种密封结构的设施很容易在密封环中的较低位置上产生积液，并继而使得密封环出现腐蚀破损现象。
1.3 螺纹锁紧环性质密封结构该种类型的密封结构可以从管程和壳程的压力差异出发，将之分为高-高压型和高-低压型。
前者是需要在管程和壳程均处于高压工作状态下的时候选用的。
这两种形式的密封结构大致上是相似的，而其中高-低压性质结构的螺纹锁紧环密封结构只组成相对较为简便，而高-高压结构下的管程和壳程密封全部是需要通过螺纹锁紧环的形式来实现的。
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。
双壳程换热器课程设计
双壳程换热器课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习双壳程换热器的相关知识，使学生掌握换热器的基本原理、结构及设计方法，培养学生运用理论知识解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解双壳程换热器的基本概念、分类和特点；（2）掌握双壳程换热器的工作原理及流程；（3）熟悉双壳程换热器的结构参数和设计方法；（4）了解双壳程换热器在工程中的应用。
2.技能目标：（1）能够分析双壳程换热器的工作过程，解决实际问题；（2）具备双壳程换热器结构设计和参数计算的能力；（3）学会使用相关软件进行换热器设计和仿真。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对换热器工程的兴趣，提高学习积极性；（2）培养学生团队合作精神，提高沟通与协作能力；（3）培养学生关注环保、节能意识，提高社会责任感和使命感。
二、教学内容本课程主要内容包括换热器的基本概念、分类和特点，双壳程换热器的工作原理及流程，换热器的结构参数和设计方法，以及换热器在工程中的应用。
具体安排如下：1.第一章：换热器概述（1）换热器的基本概念；（2）换热器的分类和特点；（3）换热器的发展历程和趋势。
2.第二章：双壳程换热器工作原理及流程（1）双壳程换热器的基本原理；（2）双壳程换热器的流程及特点；（3）双壳程换热器与单壳程换热器的比较。
3.第三章：双壳程换热器结构参数设计（1）换热器壳体和管束的结构参数；（2）换热器的传热系数及其影响因素；（3）换热器的流动阻力及降低方法。
4.第四章：双壳程换热器设计方法及应用（1）换热器的设计方法；（2）换热器的计算实例；（3）换热器在工程中的应用。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括讲授法、案例分析法、实验法等，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：通过讲解换热器的基本概念、原理和设计方法，使学生掌握相关理论知识。
2.案例分析法：分析实际工程中的换热器案例，培养学生运用理论知识解决实际问题的能力。
3.实验法：进行换热器实验，使学生深入了解换热器的工作原理和性能，提高实践操作能力。
双壳程换热器纵向隔板密封设计
双壳程换热器纵向隔板密封设计在炼油，化工厂的工艺装置中，换热器占设备总数量的40％左右，占总投资的30％～45％，近年来随着节能技术的发展，其应用领域不断扩大;利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显着的经济效益。
常用的列管式换热器，有单壳程和双壳程之分，二者相比，在某些工艺条件下，双壳程换热器具有结构紧凑，传热效率高，节省投资等优点.双壳程换热器的工艺特点：双壳程换热器的结构如图6-30所示。
双壳程换热器由于能实现冷，热流介质在纯逆流条件下进行热交换，其温差校正系数F接近于1，一般条件下，仅仅传热效率这一项就比单壳程换热器提高约25％;又由于壳程被中间隔板分割成两个半圆筒形，使截面积缩小1/2，而壳程介质的流速却提高了一倍，雷诺数得到提高，强化了传热，其值可比单壳程提高5％以上。
总的来说，在工艺条件合适，双壳程换热器的传热效率比单壳程换热器提高25％～30％，有时达40％，这个结论在工程实践中早己被证实。
因此双壳程换热器有着广阔的发展前景。
双壳程换热器纵向隔板密封设计：纵向隔板与筒体的密封直接影响换热器换热效率，所以合理设计纵向隔板与筒体的密封结构尤为重要，纵向隔板与壳体的密封目前主要有四种结构，具体如下：第一种结构：焊接（Welded）图b结构适用于大直径换热器，具备内部施焊条件的，图d适用于直径小的换热器，但这种结构要求对壳体的加工制造精度较高，要求壳体不允许有较大的椭圆度。
第二种结构：不锈钢弹簧压片式（Lamiflex）其结构采用8片，每片厚度为0.125mm，或5片，每片厚度为0.2mm，总厚度为1mm的材料为不锈钢的压片式结构。
压片可设置纵向隔板两侧，也可以设置在压力较高的一侧，在使用时，由于压差的作用，压片将紧紧压在壳体内壁，从而起到密封的效果。
另外，此结构由间隔为100mm的螺栓固定在纵向隔板上，各螺栓采用点焊固定，减少了变形和振动的影响，延长了使用寿命和可靠性。
第三种结构：滑道结构（Channel strips）图1结构要求滑道板平行度要求控制好，另外还要控制好变形量，便于纵向隔板顺利穿入；图2结构采用双面焊圆钢的纵向隔板插入与壳体相焊的“［”形滑道构成的密封件，圆钢与管道均为不锈钢，此种结构不仅有密封作用，在管束装卸时还能起导向、支撑作用。
特殊双壳程结构的换热器制造工艺
特殊双壳程结构的换热器制造工艺王普选【摘要】采用折流板与纵向隔板、壳程筒体焊接密封的特殊结构双壳程换热器，其结构特点决定了换热管装配过程只能按折流板组装焊接位置逐根逐段穿管，为此在制造中对管束零部件的加工制造质量进行有效控制并合理编排管束各零部件的组装焊接工艺，保证了换热管装配的顺利及设备整体制造质量满足图纸技术要求。
【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2017(020)001【总页数】3页(P40-42)【关键词】双壳程换热器;折流板;焊接密封;结构;制造工艺【作者】王普选【作者单位】山西丰喜化工设备有限公司，山西永济044599【正文语种】中文中间冷却器是某化工企业氨合成系统用于合成氨气冷却的一台双壳程换热器，其结构型式和主要技术参数分别见图1、表1。
壳程筒体内径Φ1100分为上、下两个壳程，纵向隔板与壳程筒体从中心线向下位移55mm组焊，进气口下方设置挡液板（件号3）和支撑板（件号4）。
技术要求“壳程筒体焊后进行消除应力热处理”。
与常规双壳程换热器结构相比存在以下特点：(1)气体介质的进、出口管口在壳程筒体中间位置。
壳程气体进口侧介质从中间向壳程两端流动，壳程气体出口侧介质从两端向中间流动（见图2）。
(2)壳程纵向隔板与壳程筒体采用GB/T 151-2014中6.8.4.4(b)焊接密封结构，与一般双壳程换热器不同的是：折流板、挡液板、支撑板与纵向隔板、壳程筒体采用了一侧连续密封焊的特殊结构。
上述特殊结构具有气体介质在壳程流动中无死区、热交换充分、管束运行平稳等优点，其结构特点决定了制造时的折流板、挡液板、支撑板、纵向隔板必须先与壳程筒体组装焊接完成后方能装配换热管，装配换热管的穿管过程只能按折流板组装焊接位置逐根逐段穿管，否则，人员将无法进入筒体内狭小空间进行折流板的组装焊接。
因此，对管板、折流板、壳程筒体的加工、制作质量进行有效控制，对管束各零部件的组装焊接工艺进行合理编排，是保证换热管装配顺利和设备整体制造质量满足图纸技术要求的关键。
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3.2.3螺纹锁紧环密封。优点是密封可靠，可以带压 排除泄漏。缺点是结构复杂，密封元件繁多，容易 泄漏，锁紧环加工精度要求高，鉴于结构要求，壳 体大端的锻件粗大，造价较高。
化学 元素
Ni
Cu
Sb Sn(1) As
≤≤ ≤≤ ≤
0.20 0.20 0.004 0.010 0.012
注：（1）对于锻件，P+Sn ≤0.014 %，最低含量为 0.012 % （2）S含量最低为 0.002 %
换热管选用国外材料2.25Cr-1Mo（SA-213 T22）。这样管箱与管板采用材质相同，与换热管 材质接近。2.25Cr-1Mo锻件、板材的化学成分见 表2、表3；2.25Cr-1Mo换热管的化学成分见表4； 2.25Cr-1Mo机械性能见表5。
考虑到端部与密封压板20o过渡，所以法兰最 终厚度取δf =220mm。
设计中应注意尽量减少密封面直径，以便减 少平盖和主螺栓尺寸，减少密封结构的重量。螺 栓圆直径越小，所需要的螺栓直径和数量越少， 平盖厚度越薄。
因此焊接密封结构的设计是在满足强度要求 的前提下，重复试算，以取得法兰盖厚度、主螺 栓直径和数量的最小值，才为经济合理。
2006年，给塔里木大化肥项目合成氨装置设 为了提高壳程的传热系数，实现全逆流传热，采 计了1台合成锅炉給水预热器（位号：E502）。该 用了双壳程结构；为减少管箱在高温高压工况下 设备工作压力和工作温度较高，操作条件苛刻。 引起的泄漏，采用了焊接密封结构。该设备的有
关设计参数见表1。 1 设计参数
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物力耗费大，发现问题不及时。采用物联网技术 可以很好地解决这个问题。
基于物联网的石油管道输送监测利用无线传 感器网络技术，对输油管道的温度、压力参数进 行测量，通过传感网通信传输到监控中心，然后 对采集的大量数据进行分析，可以用间接方式实 现对盗油、管道泄漏和停井情况的检测和监控[8]。
C 0.05～0.15
Ni ≤0.20
表4 2.25Cr-1Mo换热管的化学成分(热熔分析 WT％)
Si
Mn
P
S
≤0.50
0.30～0.60 ≤0.010
≤0.008
Cu
Sb
Sn
As
≤0.20
≤0.004
≤0.010
≤0.012
Cr 1.90～2.60
Mo 0.87～1.13
表5 2.25Cr-1Mo 的力学性能
3.2.5密封板焊接密封。在高温高压条件下，对于可 拆卸法兰结构连接件（螺栓）和被连接件（盖板或 法兰、垫片）的温度不同，两者线膨胀系数不同， 线胀量有别，安装时螺栓受预应力和操作时温差应 力的联合作用，使可连续结构本身产生附加载荷， 造成螺栓松弛，压紧面分离，垫片移动，导致泄 漏。因此法兰密封结构泄漏几率较大。
的研究与实现[D]. 山东大学,2007. [5]任维政,徐连明，邓中亮，王川.基于RSSI的测距差分修正
定位算法[J].传感技术学报，2008.（21）7：1247-1250. [6]夏丽洪,郝鸿毅,沈学红.2008年中国石油工业综述[J].国际石
油经济,2009,4:28-35 [7]吴正宏, RFID在石油石化领域用途广泛,http://www.
ST=0.5(SD+SG)=92mm FTST=64325743.21Nmm 法兰力矩： MO=MP=FDSD+FGSG+FTST=753434091.7Nmm CF=｛130/（2x64+170.7）｝0.5=0.66＜1 形状系数K=D/DI=1.9，查GB150，Y=3.1918 计算得法兰计算厚度：
◆参考文献 [1] 解冲锋,孙颖,高歆雅,物联网与电信网融合策略探讨[J].电
信科学,2009.12:9-12. [2] 马中原,基于无线数传的海上采油平台监控系统设计[D].
天津理工大学,2008. [3] 刘林,基于无线传感器网络的油井监测系统组网的研究与
实现[D].山东大学,2008. [4]艾茂良,基于无线传感器网络的采油与原油输送监测系统
依据为HG20582-1998中无垫片焊接密封法兰的设计 和计算；GB150-1998中7.4 平盖的设计和计算。
对于盖板（材质为SA-336 F22 class3） 试验 温度许用应力为148MPa；设计温度许用应力为 138MPa。
主螺栓（材质为35CrMoA）设计温度下许用 应力为195.6MPa。垫片接触内外直径为Di=D0= 500mm；受内压部分的最大直径DL=540mm （见 图2）。
表1 合成锅炉給水预热器设计参数
设计压力（MPaG）
设计温度（℃）
工作介质
壳程
管程
壳程
管程
壳程
管程
18
21.4 340/-10 370/-10 锅炉給水
合成气
换热面积m2
换热管等级
换热器结构尺寸
334
I级
φ1200x4627.5/(管箱 内径φ1280)
焊缝系数
壳程
管程
1
1
地震烈度
7度
程数
壳程
管程
2
3.3焊接密封结构形式
焊接密封结构的机理是：不是靠压紧垫片来 密封，而是靠对密封元件的封焊来密封。其焊接 密封结构形式如图2。密封板与管箱壳体接触， 盖板压在密封板上。此结构是将密封板外周焊于 管箱法兰或管箱壳体周边上。当受压时，内压加 压与密封板上，从而把密封板紧密压在背面盖板 上，盖板的推力由螺栓承受。本设备采用该种焊 接密封结构。
温拉伸试验；同时对锻件的晶粒尺寸，非金属夹 杂物按照相关标准提出了要求。
表2 2.25Cr-1Mo锻件的化学成分(热熔分析 WT％)
化学 元素
C
Si Mn P(1) S(2)
Cr
Mo
0.05～ ≤ 0.30～ ≤ ≤ 2.00～ 0.90～
0.15 0.50 0.60 0.010 0.008 2.50 1.10
2
风压Pa
400
2 换热器选材
根据设计计算，壳程筒体（U形管换热器 筒体）名义厚度取120mm。如果选用16MnR 钢板（即现在的Q345R），16MnR钢板最厚为 120mm， 考虑到卷板制造中厚度会减薄，制造加 工后的厚度应不小于名义厚度，为此选用16Mn Ⅳ锻件。由于筒体壁厚较厚，受国内钢厂轧制设 备条件的限制，轧制的钢板内部致密度及中心组 织质量稍差，选用锻件比选用钢板合理。因合成 气介质含有氢，氢在一定温度和压力的作用下， 对钢材有腐蚀作用，因此换热器管板和管箱材 质按有关规定选用了抗氢钢2.25Cr-1Mo(SA-336 F22 class3)锻件。由ASMEⅧ及GB150可知：SA336F22 class3和16Mn设计温度下的许用应力是 138MPa和107.6MPa。计算后管箱筒体，壳程筒 体厚度基本一致。这使得壳程筒体、管程筒体与 管板焊接连接结构简单，过渡平缓，可减少由温 差应力引起的内应力。因此选用了抗拉强度级别 较高的国外材料SA-336 F22 class3。壳程的化学 成分和力学性能应符合JB4726-2000《压力容器 用碳素钢和低合金钢》的Ⅳ级规定；管程锻件应 符合ASME SA 336/SA 336M 中相应规定，以及 JB4726-2000的相应规定。壳程、管程锻件进行高
3 换热器结构选择 3.1高温高压换热器采用双壳程结构，可使壳程介
作者简介：王振龙（1963—），男，1988年毕业于吉林工业 大学机械制造及焊接技术专业，主要从事压力容器设计工作。
第10期
王振龙 高温高压焊接密封结构式双壳程换热器的设计
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质由原单壳程的一半并流、一半逆流变成全逆流 传热，温差校正系数接近于1，在壳径不变的前 提下，使壳程流速提高了一倍，因而使总传热系 数、换热效率得以提高。
4 总结 物联网目前在国内石油行业的加油卡、石油石
化行业物流、产品及资产跟踪管理等方面处于应用 技术推广阶段。在石油钻井监控、抽油井及海上采
石油与化工设备 2010年第13卷
油平台监控、油田仪表无线抄表、石油管道输送监 测及巡检和应急管理等方面，以应用研究和试点为 主，存在很大的潜力和广阔的应用前景。
4 结论 由于高温高压换热器材质采用铬钼钢，密封
焊元件一般选用耐热耐蚀镍基合金inconel 600；为 此需在焊接面堆焊inconel 600材料，参见图２。和 其他密封结构相比，焊接密封结构具有使用周期 长，可多次重复使用的特点，其密封的可靠性及 维修的便利性都是其他密封形式不可比拟的。
（下转16页）
表3 2.25Cr-1Mo板材的化学成分(热熔分析 WT％)
化学元素
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
0.05～0.15
≤0.50
0.30～0.60 ≤0.010
≤0.008 2.00～2.50 0.9～1.10
化学元素
Ni
Cu
Sb
SnAs≤0.20≤0.20≤0.004
≤0.010
≤0.012
化学元素 化学元素
π
/
4
=
4
9
2
6
0
.
1
m
m
2
（其中n=20为
螺栓的个数，Db1=56mm为螺栓根径，取M64螺
栓）。
流体压力引起的轴向力
SD=0.5（Db- Di）=164 mm FD SD =689108348.5Nmm 流体压力引起的轴向应力之差
图2 密封板焊接结构
4 换热器密封盖板强度计算 密封结构计算包括盖板和设备主螺栓的计算。