管殼式換熱器工程設(shè)計中常見問題分析課件

管殼式熱交換器設(shè)計常見問題淺析張春燕二O一五年五月管殼式熱交換器是工業(yè)中應用最為廣泛的一種換熱器，而設(shè)計是其質(zhì)量保證的首要環(huán)節(jié)，故提高換熱器的設(shè)計質(zhì)量，對于行業(yè)發(fā)展來說至關(guān)重要。針對管殼式熱交換器設(shè)計過程中，以下五個方面的常見問題及注意事項，在此與在座各位同仁進行交流和探討。

一、不同結(jié)構(gòu)型式換熱器特點二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定三、管殼式換熱器材料選取四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計五、管殼式換熱器強度計算主要內(nèi)容●固定管板式換熱器

固定管板式換熱器的型式見下圖：

固定管板式換熱器的主要特點：

結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、沒有殼程密封的問題，而且往往是管板兼作法蘭。其適用于：

a)管、殼程溫差較大，但壓力不高的場合(因為溫差大，要加膨脹節(jié)，而膨脹節(jié)耐壓能力差，GB16749《壓力容器波形膨脹節(jié)》中規(guī)定設(shè)計壓力不大于6.4MPa）；

b)管、殼程溫差不大，而壓力較高的場合；

c)殼程無法機械清洗，故要求殼程介質(zhì)干凈；或雖會結(jié)垢，但通過化學清而能去除的場合；

d)布管多，鍛件少，一次性投資低；但不可更換管束，整臺設(shè)備往往由換熱管損壞而更換，故設(shè)備運行周期短。一、不同結(jié)構(gòu)型式換熱器特點由于固定管板式換熱器的換熱管、管板和殼體焊在一起,故換熱管與殼體間的金屬壁溫差（實際是管、殼間的熱膨脹差）引起的溫差應力是其致命的弱點,也是設(shè)計中的控制因素。

因為在固定管板換熱器的管板計算中，按有溫差的各種工況校核以下應力和力:

①殼體軸向應力σc,

②換熱管軸向應力σt,

③換熱管與管板之間連接拉脫力q

三項中有一項不能滿足強度條件時,就需設(shè)置膨脹節(jié)。

一、不同結(jié)構(gòu)型式換熱器特點●浮頭式換熱器浮頭式換熱器的型式見下圖：

浮頭式換熱器的主要特點如下：

a)可抽式管束，當換熱管為正方形或轉(zhuǎn)角正方形排列時，管束可抽出進行管間機械清洗，適用于殼程易結(jié)焦及堵塞的工況；

b)一端管板夾持，一端內(nèi)浮頭型式可自由浮動，故無需考慮溫差應力，可用于大溫差的場合；

c)浮頭結(jié)構(gòu)復雜，影響排管數(shù)，加之處于殼程介質(zhì)內(nèi)的浮頭密封面操作中發(fā)生泄漏時很難采取措施；

d)壓力試驗時的試壓胎具復雜。浮頭式換熱器使用壓力和溫度的限制：用于煉油行業(yè)中較多，其內(nèi)浮頭結(jié)構(gòu)限制了使用壓力和溫度,故一般情況其使用限制為Pmax≤6.4

MPa;

Tmax≤400℃。一、不同結(jié)構(gòu)型式換熱器特點●U形管式換熱器

U形管式換熱器的型式見下圖：

它是在換熱器中是唯一適用于高溫、高壓和高溫差的換熱器,特點如下：

a）以U形換熱管尾端的自由浮動解決溫差應力，可用于高溫差；b）只有一塊管板，加之法蘭的數(shù)量也少，故結(jié)構(gòu)簡單而且泄漏點少；

c）可以進行抽芯清洗（管程走清潔流體），便于清洗換熱管外壁；

d）由于彎管Rmim的限制，分程間距寬，故比固定管板換熱器排管略少。

e）管程流速太高時，將會對U形彎管段產(chǎn)生嚴重的沖蝕，影響壽命。

f）換熱管泄漏時，除外圈U形管外，不能更換，只能堵管。

一、不同結(jié)構(gòu)型式換熱器特點●釜式重沸器

釜式重沸器的型式見下圖：釜式重沸器的管程采用U形或浮頭管束（管頭試壓時，要另配試壓殼體），殼程為單（或雙）斜錐具有蒸發(fā)空間的殼體，一般為管程介質(zhì)加熱殼程介質(zhì)，故管程的溫度和壓力比殼體的高，但設(shè)計壓力一般不大于6.4Mpa。適用于：

a)管、殼程溫差大的場合；

b)一般管程壓力比殼程高，可采用T翅或表面多孔強化傳熱管。一、不同結(jié)構(gòu)型式換熱器特點●填料函式換熱器

填料函式換熱器的型式見下圖：填料函式換熱器是另一種浮頭式換熱器，它的浮動端采用填料密封浮動管板（裙）可在填料函內(nèi)填料的壓力下，自由滑動，以補償換熱管與殼體的膨脹差量。

這類結(jié)構(gòu)直徑不能太大，壓力一般不高于2.5

MPa，且不能用于貴重介質(zhì)及危害介質(zhì)，當介質(zhì)危害不是太大時，也可以采用雙填函密封加以彌補，之所以有使用是因其解決溫差應力的成本較低。

一、不同結(jié)構(gòu)型式換熱器特點1、設(shè)計條件2、設(shè)計壓力和設(shè)計溫度3、腐蝕裕量4、焊接接頭系數(shù)5、設(shè)計壽命6、試驗壓力7、類別劃分二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定1、設(shè)計條件

管殼式熱交換器的設(shè)計過程：工藝計算—設(shè)備選型—機械設(shè)計（材料選擇、強度計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等）。A、工藝設(shè)計條件

工藝設(shè)計在換熱器中占有主導地位，工藝設(shè)計條件至少包含以下內(nèi)容：

1、操作數(shù)據(jù)，包括介質(zhì)、流量、溫度、壓力、熱負荷等；

2、物性數(shù)據(jù)，包括密度、比熱、粘度、導熱系數(shù)等；

3、允許阻力降；

4、其他：如操作彈性、工況、安裝要求（幾何尺寸、管口方位）等；

GB/T151-2014給出了管殼式熱交換器數(shù)據(jù)表（表B.1）P116。設(shè)計條件應由委托方以正式書面形式提出，并應有條件提出方的簽署。二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定

B、機械設(shè)計條件

經(jīng)工藝專業(yè)傳熱計算和管殼程壓力降計算后，確定了換熱器型式、換熱面積、換熱管管徑、管殼程數(shù)、折流板形式/塊數(shù)/缺口布置及切割比例等，交由機械設(shè)計專業(yè)完成其詳細設(shè)計。故機械設(shè)計是為了保證實現(xiàn)工藝計算中的傳熱和壓降的一種手段。機械設(shè)計條件至少包含以下內(nèi)容：

1）設(shè)計所依據(jù)的主要標準和規(guī)范；2）操作參數(shù)（包括工作壓力、工作溫度范圍、液位高度、接管載荷以及疲勞工況等）；3）使用地及其自然條件（包括環(huán)境溫度、抗震設(shè)防烈度、風和雪載荷等）；4）介質(zhì)組分與特性；5）預期使用年限；6）幾何參數(shù)和管口方位；

7）鋼制管束等級；8）設(shè)計需要的其他必要條件（如管道外推力等）。

參照GB/T151-2014附錄B中B3.4結(jié)構(gòu)參數(shù)（P115）二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定注意：固定管板式換熱器的計算，在SW6程序中需要輸入沿筒體長度平均溫差和換熱管沿長度平均溫差，這兩項為金屬壁溫。設(shè)計院做工藝計算時會有很詳細的計算過程，這兩個數(shù)據(jù)并不難得到，但對于一般的制造廠，并不具備工藝計算的能力，所以，我們常采用GB/T151附錄B中給出的金屬壁溫計算方法。

但采用該方法時，需要管殼程兩側(cè)流體相關(guān)的物性參數(shù)，如對流傳熱系數(shù)，污垢系數(shù)等數(shù)據(jù)，但往往因用戶提供的數(shù)據(jù)有限，用公式計算會遇到很大的麻煩。

在工程上我們采用取平均值的方法來估算金屬壁溫：

1沿筒體長度平均溫差：考慮有無保溫層，若有，取殼程介質(zhì)進/出口溫度的平均值，若無，取殼程介質(zhì)進口溫度、出口溫度及環(huán)境溫度三者的平均值2換熱管沿長度平均溫差等于管程介質(zhì)進/出口溫度的平均值

二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定GB/T151-2104附錄BP120：

二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定

2、設(shè)計壓力和設(shè)計溫度

1）熱交換器為多腔容器，其設(shè)計壓力和設(shè)計溫度的確定：

按“各管各”原則，即分別按各自最苛刻的工作壓力、工作溫度確定其設(shè)計壓力、設(shè)計溫度。

2）各受壓元件的計算壓力的確定：在各自的設(shè)計壓力基礎(chǔ)上確定。殼程主要受壓元件如筒體的計算壓力數(shù)值上取殼程設(shè)計壓力，管程主要受壓元件如管箱筒體、封頭/平蓋的計算壓力數(shù)值上取管程設(shè)計壓力。

但立式換熱器或直徑較大的換熱器的計算壓力應考慮液柱（指操作介質(zhì)而不是水壓試驗的介質(zhì)）靜壓力（當元件所承受的液柱靜壓力小于5%的設(shè)計壓力時，可忽略）。

二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定

3）管殼程的設(shè)計溫度應分別為殼程殼體、管箱殼體的設(shè)計溫度（選取材料的依據(jù)）。換熱器涉及管殼程進出口介質(zhì)4個溫度，這4個溫度是確定管殼程設(shè)計溫度和各受壓元件設(shè)計溫度的依據(jù)。

對于介質(zhì)溫度高于0℃者，常用管殼程進出口介質(zhì)溫度中較大值作為設(shè)計溫度，對于介質(zhì)溫度低于0℃者，常用管殼程進出口介質(zhì)溫度中較小值作為設(shè)計溫度。

4）兩側(cè)受壓的元件，如管板的計算壓力的確定，要考慮6種工況，詳見管板計算；其設(shè)計溫度應按其金屬溫度確定。工程上，常按溫度較惡劣一側(cè)介質(zhì)溫度確定。

5）對于類似U形管式換熱器管板兩側(cè)成對法蘭的設(shè)計，由于兩側(cè)的壓力和溫度及所用墊片可能不同，因此在螺栓的設(shè)計中應兼顧兩側(cè)的條件，要求以較大的螺栓載荷和較高的設(shè)計溫度進行設(shè)計，且對法蘭設(shè)計力矩應以此為基礎(chǔ)進行計算。（GB150.3-2011P194注）

二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定6）介質(zhì)為飽和蒸汽時，壓力-溫度要相對應。注：正常工作情況，包括正常操作、開車和停車、熱循環(huán)、不正常操作、間斷操作、環(huán)境溫度等。各種工況：正常操作工況、開停車工況、水壓試驗工況。其中開車和停車，對換熱器是有專門規(guī)定的。如開車時要求用溫度較低的介質(zhì)對管殼程進行熱循環(huán)，停車時要求先停熱側(cè)，后停冷側(cè)等。因此，那些將換熱器的一側(cè)的壓力和溫度為設(shè)計值，而另一側(cè)的壓力為零，溫度為常溫的工況是違反換熱器操作規(guī)程的，是不允許存在的。(一個設(shè)計工況對應管板計算的6中工況，此工況非彼工況，不是一個概念)

GB/T151-2014P111中：二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定

3、腐蝕裕量

凡與介質(zhì)接觸的受壓元件（除傳熱元件換熱管外），都應考慮腐蝕裕量。

a.兩面應考慮腐蝕裕量：管板、浮頭法蘭、球冠形封頭、分程隔板。

b.殼體內(nèi)表面應考慮腐蝕裕量：管箱平蓋、凸形封頭、管箱/殼體。

c.設(shè)備法蘭、管法蘭內(nèi)徑面應考慮腐蝕裕量。（計算時應注意大小端厚度減去腐蝕裕量，但常常帶來結(jié)果不合格。處理：選用標準設(shè)備法蘭可不計算，但需要保留基本計算數(shù)據(jù)，如：螺柱材質(zhì)、規(guī)格及數(shù)量，墊片材質(zhì)等）

d.換熱管、鉤圈、浮頭螺栓、縱向隔板一般不考慮腐蝕裕量。TEMA標準關(guān)于腐蝕裕量的條文中明確規(guī)定，鉤圈及其內(nèi)部螺栓連接件，是不必考慮腐蝕裕量。鉤圈是一個非受壓件，且是可拆卸件，按TEMA規(guī)定，對其不考慮腐蝕裕量是合理的。

拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓件，一般不考慮腐蝕裕量。二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定3、焊接接頭系數(shù)：

a）GB/T151的焊接接頭系數(shù)取自GB150；

b）GB/T151-2014中4.6.4P9：“對于無法進行無損檢測的固定管板換熱器殼程圓筒的環(huán)向接頭，當采用氬弧焊打底或沿焊接接頭根部全長有緊貼基本金屬的墊板，其焊接接頭系數(shù)取φ=0.6”（注意這是B類焊接接頭—不能作為筒體壁厚計算用）。

其原因為：—取φ=0.6是為了在計算固定管板換熱器殼程圓筒軸向應力σc時，確定φ［σ］c和tc3值用；(由換熱管與殼程筒體產(chǎn)生的熱膨脹差引起的）具體做法：在SW6計算中，固定管板換熱器筒體的環(huán)向焊接接頭系數(shù)即指該道焊接接頭，此時應輸入φ=0.6?！敶祟惡附咏宇^因無法進行無損檢測時，給出φ=0.6是要求焊接應按焊接工藝施焊，避免隨意性，因不探傷，取值保守。（壓力容器工程師培訓手冊P463）二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定4、設(shè)計壽命：1)設(shè)計壽命在一般壓力容器中基本上只考慮腐蝕速率及使用年限即可，但對管殼式換熱器來說，這一原則只能體現(xiàn)在外殼（包括管箱及頭蓋）及需考慮C2的元件上，對于管殼式換熱器占主要地位的換熱管由于從傳熱角度出發(fā)不考慮C2，故設(shè)計壽命應如下確定：

a)對于可抽芯(管束)換熱器，換熱器壽命指殼體；

b)對于不可抽芯(管束)，而且不能更換換熱管的換熱器，換熱器壽命指換熱管。

2)

管殼式換熱器屬兩腔容器，管、殼程介質(zhì)不盡相同，因此除換熱管外，管、殼程若要保持相同的壽命時，則C2也應分別取值。

如材質(zhì)為碳鋼與不銹鋼，分別取2/0mm；或介質(zhì)為循環(huán)水與工藝介質(zhì)，分別取3/2mm。二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定《固容規(guī)》問題解答：

二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定HG/T20580-2011《鋼制化工容器設(shè)計基礎(chǔ)規(guī)定》：

二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定5、試驗壓力：a.按GB150.1-2011中4.6要求。b.一般情況下，管殼程按各自設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、材料分別確定其耐壓試驗的試驗壓力值。c.GB/T151-2014中4.7.4P9：

為了檢查換熱管與管板連接接頭的質(zhì)量，可能遇到下列4種情況：1）管殼程均為正壓，且殼程試驗壓力高于管程試驗壓力。處理：管殼程按各自設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、材料分別確定其耐壓試驗的試驗壓力值。

2）管殼程均為正壓，且殼程試驗壓力低于管程試驗壓力。處理：將殼程試驗壓力提高至管程試驗壓力，并應對殼程圓筒進行校核。在此，往往會忽視其他受壓元件的強度和結(jié)構(gòu)等問題，下面分別討論：

二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定

——管法蘭的壓力等級問題：管法蘭的壓力等級一般按殼程正常操作工況根據(jù)材料及升溫降壓原則選取，但殼程試驗壓力如果提高較大時，應注意其壓力值是否超過管法蘭標準規(guī)定的20℃時最高無沖擊工作壓力的1.5倍。

——管板的強度問題：殼程試驗壓力提高后，應對管板進行校核?？闪顨こ淘O(shè)計壓力為管程試驗壓力，管程設(shè)計壓力為零，且無溫差進行校核，計算模型可按不帶法蘭的固定管板進行。

——殼程開孔補強問題：此時圓筒開孔處的計算厚度可表達為：

——殼程圓筒與管板的連接結(jié)構(gòu)問題：如殼程設(shè)計壓力原本不到4.0MPa，而管程設(shè)計壓力大于4.0MPa，殼程試驗壓力提高后，殼程圓筒與管板的連接結(jié)構(gòu)應選用GB/T151-2014附錄I中如下圖結(jié)構(gòu)，且因為此結(jié)構(gòu)管板具有凸肩，并與殼程圓筒對接連接，應采用鍛件。二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定TCED41002-2012《化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求》二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定HG/T20584-2011《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定3）管程是正壓，殼程是真空。

4）管程是真空，殼程是正壓。

這兩種情況，管殼程試驗壓力值的確定都要考慮“真空”這一特殊工況條件下各種情況的組合。

6、類別劃分：

GB/T151類別劃分遵循“固容規(guī)”的規(guī)定，但因其是二腔容器（管程和殼程），故分類、設(shè)計與制造應遵守下列規(guī)定：

a)應分別按管、殼程的設(shè)計參數(shù)進行劃類，并分別提相應的設(shè)計、制造、檢驗與驗收的要求；如固容規(guī)問題解答中：二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定b)熱交換器總類別，應以管、殼程中高的類別確定；

注意:

1、容積的概念。在固容規(guī)問題解答中：二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定

2、氣相空間?！豆倘菀?guī)》P1中：

但在《化工壓力容器設(shè)計——方法、問題和要點》（P55）二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定3、質(zhì)檢總局關(guān)于修訂《特種設(shè)備目錄》的公告(2014年第114號)

根據(jù)《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》的規(guī)定，質(zhì)檢總局修訂了《特種設(shè)備目錄》，經(jīng)國務院批準，現(xiàn)予以公布施行。同時，《關(guān)于公布<特種設(shè)備目錄>的通知》（國質(zhì)檢鍋〔2004〕31號）和《關(guān)于增補特種設(shè)備目錄的通知》（國質(zhì)檢特〔2010〕22號）予以廢止。《特種設(shè)備目錄》由質(zhì)檢總局負責解釋。特此公告。

質(zhì)檢總局（2014-10-30）附：特種設(shè)備目錄二、管殼式換熱器設(shè)計參數(shù)確定1、殼體材料

2、換熱管材料

3、管板、管箱平蓋材料

三、管殼式換熱器材料選取1、殼體材料

按GB150.2-2011《壓力容器第2部分：材料》。注意：小直徑換熱器用無縫鋼管作殼體時，應遵循HG/T20581-2011中規(guī)定：

三、管殼式換熱器材料選取2、換熱管材料

AGB150.2-2011中5.1中規(guī)定：

a)GB/T8163《流體輸送用無縫鋼管》GB/T14976《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》

GB/T12771《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》不得用于管殼式換熱器的換熱管；

b)GB9948《石油裂化用無縫鋼管》GB6479《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》GB13296《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》用作換熱管應選用高精度級的冷拔或冷軋鋼管。

c）GB/T24593《鍋爐和熱交換器用奧氏體不銹鋼焊接鋼管》使用規(guī)定：應逐根進行渦流檢測，符合GB/T7735《鋼管渦流探傷檢驗方法》中驗收等級B規(guī)定；設(shè)計壓力小于10.0MPa；不得用于毒性程度為極/高度危害的介質(zhì)。

三、管殼式換熱器材料選取

B換熱管訂貨技術(shù)條件

無縫鋼管按NB/T47019.1～8-2011《鍋爐、熱交換器用管訂貨技術(shù)條件》奧氏體不銹鋼焊接鋼管按GB/T24593《鍋爐和熱交換器用奧氏體不銹鋼焊接鋼管》

C管束級別

GB151-1999分Ⅰ級、Ⅱ級管束，主要取決于管子精度，僅僅針對碳鋼、低合金鋼換熱管當時國內(nèi)標準還存在“較高級”和“普通級”制訂的。對于不銹鋼換熱管，只有Ⅰ級管束。

Ⅰ、Ⅱ管束的區(qū)別主要在于換熱管的外徑、壁厚偏差不同，相應地管孔尺寸和偏差不同。GB/T151仍將鋼制管束分為Ⅰ、Ⅱ級管束，但整體提高了管束的內(nèi)在質(zhì)量,對管板、折流板管孔尺寸偏差進行了修訂，Ⅰ級管束配合精度與TEMA-2007版相當，Ⅱ級管束配合精度與GB151-1999版Ⅰ級管束相當，

但GB150.2-2011中5.1中：鋼管用作換熱管均應選用高精度級的冷拔/軋鋼管。

根據(jù)NB/T47019.1-2011《鍋爐、熱交換器用管訂貨技術(shù)條件第一部分通則》中表1、表2：三、管殼式換熱器材料選取三、管殼式換熱器材料選取三、管殼式換熱器材料選取可知：普通級和高級鋼管的外徑、壁厚偏差均一致，與GB/T151中I級管束也一致，故均應設(shè)計為I級管束。

GB/T151P21中：注：在GB/T1516.6.1.3P25換熱管與管板采用強度脹接時：如：16Mn管板與10#換熱管之間的脹接要好于20#換熱管，因為在GB9948-2013中10#管C含量為0.07-0.13，而20#管C含量為0.17-0.23。C的含量越高,它的硬度及強度越高。所以10#管會比20#管在脹接時可靠些,不容易出現(xiàn)裂。

三、管殼式換熱器材料選取3、管板、管箱平蓋材料

A管板、平蓋一般情況用鍛件優(yōu)于用鋼板，但用鍛件的成本要高很多，故在條件不苛刻時，用板材作管板、平蓋依然很多。一般規(guī)定如下：

1）鋼板厚度δ＞60mm時，宜采用鍛件（因厚鋼板會有分層、夾雜等缺陷及性能指標波動大等問題）。（GB/T151不限制大于60mm鋼板的使用，但需附加要求）2）帶凸肩的管板，一般選用鍛件；

3）管板、平蓋用鍛件，其級別不得低于Ⅱ級；

4）帶凸肩的管板、內(nèi)孔焊管板和管箱平蓋采用軋制板材直接加工制造時，碳素鋼、低合金鋼厚度方向性能級別不應低于GB/T5313-2010（厚度方向性能鋼板）中的Z35級，并在設(shè)計文件上提出附件檢驗要求。5）采用鋼板作管板和平蓋時，厚度大于50mm的Q245R、Q345R，應在正火狀態(tài)下使用。

6）管板采用爆炸焊接復合板時，應符合NB/T47002.1～4中B1級要求。注：厚度方向性能級別是針對鋼板的抗層狀撕裂的能力提供的一種量度，厚度方向性能采用厚度方向拉伸試驗的斷面收縮率來評定。

三、管殼式換熱器材料選取B材料代用

a)由于各種原因，制造廠臨時用板材代替鍛件，或者是由鍛件代替板材，這種做法是不可取的。因為同一材料，同一厚度，同一設(shè)計溫度下板材與鍛件的許用應力是不同的。

《化工壓力容器設(shè)計——方法、問題和要點》P216三、管殼式換熱器材料選取

b)

殼體厚度發(fā)生變化，須校核管板的強度。如某固定管板式換熱器殼程筒體圖紙名義厚度為10mm，在制造時，廠家用厚度為12mm同材質(zhì)的庫存鋼板代替。設(shè)計人員認為，以厚代薄，沒有用12mm的板厚重新去校核管板的強度。但由于換熱器殼程筒體厚度增加后，相應的溫差應力、殼體軸向應力σc等都發(fā)生變化，故必須重新核算。

《化工壓力容器設(shè)計——方法、問題和要點》P219三、管殼式換熱器材料選取

c)《化工壓力容器設(shè)計——方法、問題和要點》P216GB150.2-2011三、管殼式換熱器材料選取1、管程2、管板3、殼程4、其他

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計1、管程

1）布管

換熱管的布置排列是管殼式換熱器設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié)，必須考慮以下因素：

a.換熱管排列形式。

換熱管排列形式：GB/T151P17圖示正三角排列（30°）、轉(zhuǎn)角正三角形排列（60°）、轉(zhuǎn)角正方形排列（45°）、正方形排列(90°)四種。圖中流向箭頭表示殼程物料橫向流動方向，箭頭方向是與折流板缺邊垂直的。設(shè)計中的換熱管排列圖，應據(jù)設(shè)計條件要求的排列形式和折流板缺邊位置進行排列。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

如何在圖紙上表現(xiàn)出正確的換熱管排列形式？主要是折流板上換熱管的排列及其缺口方向。如下圖：

b.換熱管的中心距，一般不宜小于1.25倍的換熱管外徑，常用換熱管中心距見GB/T151-2014表6-2。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

GB/T1516.3.1.2-c規(guī)定：對于外徑為25mm的換熱管采用轉(zhuǎn)角正方形排列時，其分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距Sn可?。℅B151-1999為應）32x32正方形的對角線，即Sn=32√2=45.25mm。（設(shè)計中常常會忽視）

如此要求使換熱管各方向看都成行成列，便于清洗。c.排管區(qū)域，即布管限定圓直徑。

——管束最外層換熱管外壁與殼體內(nèi)表面間的最小距離B固定管板、U形管換熱器，取B=b3。b3為換熱管外徑的0.25倍，且8mm。浮頭換熱器，B=b+b1+b2，b、b1、b2按GB/T151中6.3.1.3規(guī)定。

——換熱器的管束最外層換熱管的限定圓尺寸為：

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

——當管板為帶凸肩、應力釋放槽結(jié)構(gòu)時，注意布管限定圓的確定應考慮躲開應力釋放槽。

d.管程分程。

在管殼式換熱器中，流體流經(jīng)換熱管內(nèi)的通道及與其相貫通的部分稱為管程。在管內(nèi)流動的流體從換熱管的一端流到另一端，稱為一個管程。在殼程直徑已確定，滿足流量和壓降的前提下，在換熱器一端或兩端的管箱內(nèi)分別配置一定數(shù)量的隔板，并使每一程中的換熱管數(shù)量大致相等，使流體依次流過各程換熱管，可提高流體流速，達到強化傳熱的目的。

GB/T151給出了1，2,4,6,8,10，12程等7種分程布置形式，見圖6-12P19。不同的分程布置會有不同的換熱管排列。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計管程分程原則：

①應盡量使各管程換熱管數(shù)大致相等，其相對誤差（△N）應控制在10%以內(nèi)，最大不得超過20%。

②分程隔板槽形狀簡單，以利加工，密封面長度較短，減少泄漏和用料。

注意：

——當管程流體進、出口溫度變化很大時，應盡量避免流體溫差較大的兩部分管束相鄰，否則管束與管板中將產(chǎn)生很大的溫差應力，容易引起換熱管變形或拉脫等故障。根據(jù)經(jīng)驗，管程溫差以不超過20℃為宜，程數(shù)小于4時，采用平行的隔板更為有利。

——對于4管程的分法，有平行、工字、十字形三種。一般為了接管方便，選用平行分法較合適，同時平行分法亦可使管箱內(nèi)殘液放盡。工字形排列法的優(yōu)點是比平行法密封線短，而且可排列更多的換熱管，而十字形排列法更適用于4管程的U形管式換熱器，但相鄰管程間溫差較大，并接管為非徑向接管，且需另設(shè)放空、排凈口（如圖所示）。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

e.殼程進出口位置。

排管后應滿足GB/T151中6.8.1.2P29規(guī)定的流通面積的要求。

GB/T151中6.8.1.2規(guī)定:殼程進口或出口區(qū)域面積As和管束進口或出口區(qū)域面積At應使ρv^2值不超過5950kg/(m·s^2)”（與老標準相比，刪除了As和At應不小于進、出口接管截面積

）。

此處v是按As和At的計算流體速度，即v=Q/（ρAs),v=Q/（ρAt)。(Q為流量)

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

GB/T151附錄JP225中：As和At計算公式可見：由As可確定管束上方或防沖板上方自由高度平均值h，即確定了管束上方的最高一層換熱管的位置。

由At可確定進口或出口處折流板間距，即確定了第一塊折流板的位置。（尤其對于殼程進口管較大的情況，必須要核算As和At）

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

f.換熱管與防沖板間的距離。（鋼制列管式固定管板換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊P51）換熱管外表面與鄰近防沖板表面的距離，一般取為6mm（如圖所示）。

g.管束的排管范圍，就是在布管限定圓范圍內(nèi)扣除e和f所要求部分的整個范圍。注：對于U形管、浮頭式換熱器要考慮留出下部滑道的空間。2）換熱管排列原則

a.換熱管排列，應符合設(shè)計條件中規(guī)定的換熱管排列形式和折流板缺邊位置的要求。

b.換熱管排列，應在排管范圍內(nèi)排滿管子，并盡可能使整個管束對稱。

c.換熱管排列出的管子數(shù)量，應滿足設(shè)計條件中換熱面積的要求。如果排列出的管子數(shù)量，超過換熱面積的要求的數(shù)量，則可在殼程接管進出口部位適當減少管排；如果排列出的管子數(shù)量，小于換熱面積的要求的數(shù)量，且又超過工藝專業(yè)允許的范圍，則應考慮設(shè)置導流筒等。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

d.多管程換熱器的換熱管排列，還應滿足下列各條：

——換熱管排列的分程，應符合設(shè)計條件中的分程數(shù)量和布置要求。

——各程管數(shù)應盡可能相等，其相對誤差應控制在5～10%以內(nèi)（換熱器直徑小時，取較大值）。

3）管箱

a.常用管箱結(jié)構(gòu)：

——平蓋管箱：優(yōu)點——便于清洗管程，清洗時只需要拆開平蓋即可，而不必拆卸整個管箱和與管箱相連的管路。缺點——平蓋結(jié)構(gòu)用材較多，尺寸較大時需用鍛件，提高制造成本，并增加了一道密封的泄漏可能。一般用于壓力較低、直徑較?。―N≤900）的換熱器?！忸^管箱：優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，適于高壓、清潔介質(zhì)，可省掉造價較高的平蓋、法蘭及緊固件，且橢圓封頭受力情況好于平蓋。缺點——檢查換熱管和清洗管箱時必須拆下連接管道和管箱，需要一定的檢修空間。但這種形式用的最多。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

b.管箱長度

1)筒節(jié)（管箱圓筒）：

—原GB150規(guī)定“筒節(jié)長度不小于300mm”，對換熱器管箱等部件上僅有一個筒節(jié)的情況下，這一要求是不合理的。GB150.4-2011中6.5.5條c）款將其修改為：“組裝筒體中，任何單個筒節(jié)的長度不得小于300mm”。所謂組裝筒體是指由兩個或兩個以上筒節(jié)組成的一個筒體，對僅有一個筒節(jié)的換熱器管箱筒節(jié)不限制筒節(jié)長度。（GB150-2011標準釋義P229）

—立式換熱器管箱設(shè)備法蘭與封頭連接應按HG/T20583-2011《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定》P436—其他：GB/T151中6.10.3P43四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

HG/T20583-19982)管箱接管的有效補強寬度：

管箱筒節(jié)的長度應滿足接管按等面積法或分析法補強計算所需的有效補強寬度。

設(shè)計中常常會忽視這個問題。對于受工藝條件的限制，管箱長度不夠又不能隨意增加管箱長度的情況，接管雖然設(shè)了補強圈，但補強效果可能不能滿足要求，此時，應按實際的補強寬度進行核算。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

3)管箱結(jié)構(gòu)尺寸（GB151-1999為最小內(nèi)側(cè)深度）：

規(guī)定管箱的最小內(nèi)側(cè)深度，目的是為使流體均勻流入換熱管及減少流動的壓力降。GB/T1516.3.4P20：

但很多設(shè)計人員對此的理解有些模糊，在此推薦《鋼制列管式固定管板換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》P165中有詳細解釋計算方法（同時了解管箱最大長度的確定原則，帶分程隔板的多管程管箱，其內(nèi)側(cè)最大深度，主要應考慮分程隔板的焊接可能性）四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計c.管箱法蘭

NB/T47020-2012《壓力容器法蘭分類與技術(shù)條件》：d.管箱熱處理管箱組焊后，管箱部件的熱處理，應符合GB/T151中8.10的規(guī)定，還應符合固容規(guī)、GB150.4對焊后熱處理的要求（如：有應力腐蝕的、盛裝極度或高度危害介質(zhì)的碳鋼、低合金鋼制管箱等）。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

4）分程隔板

a.厚度確定：

除滿足GB/T151中表7-3規(guī)定的最小名義厚度外，還應滿足設(shè)計條件所要求壓降引起的強度要求，即按式7-7進行計算，然后加2C2（雙面腐蝕）。當計算的分程隔板厚度較厚時，如大于20mm，應設(shè)置支撐板減小分程隔板的計算長度。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

公式中的ΔP為隔板兩側(cè)壓力差值，但對其沒有給出確定的方法。

API660-2007版中規(guī)定：一對2管程，分程隔板兩側(cè)的壓差就是管程總壓降，取值合理；二對4或更多管程，分程隔板兩側(cè)的壓差比管程總壓降小得很多，都取為總壓降，顯然不合理。因此，對分程隔板厚度計算公式中的壓差ΔP應取隔板兩側(cè)的壓差為宜，可按下式計算：

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

式中：ΔP——隔板兩側(cè)的計算壓降，MPa。

ΔPZ——換熱器數(shù)據(jù)表中允許總壓降，MPa。

N——管程數(shù)。

Z——從隔板一側(cè)到另一側(cè)流體的折返次數(shù)。

確定Z值舉例

管程數(shù)流體流動順序入口管箱隔板布置返回管箱隔板布置

IVVI四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計系數(shù)Z值隔板布置入口管箱隔板兩側(cè)流動序號系數(shù)

Z出口管箱（浮頭蓋）隔板兩側(cè)流動序號系數(shù)ZⅡ程(1)/(2)1Ⅳ程片條(1)/(2)(3)/(4)1(2)/(3)1Ⅳ程工字(1)/(2、3)1(1)/(3)(2)/(4)1(2、3)/(4)1(2)/(3)1Ⅳ程十字(1)/(4)2(1)/(2)(3)/(4)1(1)/(2)

(3)/(4)1Ⅵ程王字(1)/(2、3)1(1)/(3)

(4)/(6)1（4、5)/(6)1(2)/(5)2(2、3)/(4、5)1(2)/(3)

(4)/(5)1Ⅵ程十字(1)/(2)

(5)/(6)1(1、2)/(3、4)1(1)/(4)

(3)/(6)2(3、4)/(5、、6)1(3)/(4)1四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

b.結(jié)構(gòu)布置管箱分程隔板的布置，常用的Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ程，分程隔板布置見GB/T151管程分程布置形式，其布置應與管板上的分程隔板槽相匹配。

c.淚孔分程隔板安裝后，凡處于水平位置的隔板，在適當位置，應設(shè)置一個直徑為φ4～8mm的淚孔；處于豎直位置的隔板，當其形成死腔時，應在該隔板與殼體連接的最高和最低點，分別設(shè)置半徑為R5的半圓孔。設(shè)計中往往容易忽視在分程隔板上設(shè)置淚孔。該孔有三個作用：淚孔作用，排凈液體；平衡作用，平衡兩腔的壓力；排氣作用，水壓試驗時排凈氣體。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

d.與管箱內(nèi)壁的焊接：采用雙面連續(xù)焊，最小焊腳尺寸為3/4倍的隔板厚度。必要時，隔板邊緣應開坡口，允許采用與焊接連接等強度的其他連接方式。2、管板

a.管板分程隔板槽拐角處倒角尺寸

GB/T151中6.5.3.2-c)規(guī)定多管程的隔板槽倒角不應妨礙墊片的安裝；隔板槽拐角處倒角一般為45°，倒角尺寸b宜大于分程墊片的圓角半徑Rg。

對4管程以上的隔板槽，因其中心線偏離管板中心線,對隔板槽之間的拐角處倒角尺寸的確定，要避免管孔被倒角切掉。做法：隔板槽倒角尺寸確定后，隔板槽之間的拐角處應圓弧過渡，拐角的外角處圓角半徑取隔板槽寬度的1/2，拐角的內(nèi)角處圓角半徑取墊片圓角半徑加2mm（如圖所示）。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計注：1、平蓋上的分程隔板槽拐角處倒角尺寸，與管板的要求相同。

2、多管程管板上分程隔板槽與管箱分程隔板布置在不同視圖（裝配圖、部件圖及零件圖）中一定要一致。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計b.管板零件圖的技術(shù)要求中各技術(shù)數(shù)據(jù)的填寫：

按TCED41002-2012《化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求》四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計其中：垂直度允差按下表（要清楚主參數(shù)指什么）四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計其中：允許孔橋?qū)挾群妥钚≡试S孔橋?qū)挾劝碐B/T151中8.4.5及表8-2四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

注：對于換熱管中心距不同于表8-2中所列時，應按式8-1,8-2進行計算確定。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計c.拉桿孔GB/T151P24明確了鉆孔深度，如圖：

新舊標準比較下：注意：如果管板厚度較薄時，拉桿孔會或幾乎會鉆穿管板。處理方法：可在拉桿孔處管板的背面處加一墊板，或加厚管板。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計GB151-1999中沒有給出鉆孔深度，一般按：

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計d.固定管板換熱器的管板與殼體的連接

固定管板換熱器的管板與殼體的連接，在GB/T151附錄I中有提示性規(guī)定。應注意其各結(jié)構(gòu)的適用條件。

圖I1(d)焊縫處管板頸部高度≥10mm。圖中管板頸部高度應按相關(guān)尺寸計算得到（結(jié)構(gòu)上要滿足按δ厚度開的焊縫坡口要求），其值應取計算值和10mm[且大于tan30°(δ-2)+5]間的較大值。對殼程設(shè)計壓力較高、管程設(shè)計壓力較低的換熱器，采用這個結(jié)構(gòu)時，應對連接管箱的螺栓中心圓直徑能否滿足安裝螺母的要求進行核算。（按比例繪圖，較容易發(fā)現(xiàn)問題）

e.換熱管與管板的焊接

GB/T151中6.6規(guī)定了強度脹、強度焊、強度焊加貼脹、強度脹加密封焊等結(jié)構(gòu)型式，并增加了內(nèi)孔焊結(jié)構(gòu)。

脹焊并用結(jié)構(gòu)，既采用了焊接，又采用了脹接。焊接保證了強度和密封，脹接消除了管板孔與換熱管間的間隙，在目前國內(nèi)多用的結(jié)構(gòu)。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

在工程設(shè)計中，通常采用強度焊加貼脹結(jié)構(gòu)。

GB/T151附錄HP220中給出了立式換熱器的上管板不允許有積液的場合。

注意：換熱管與管板接頭需進行焊接工藝評定四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

為保證換熱管與管板焊接接頭的質(zhì)量，在工程設(shè)計中，一般要求對此接頭進行MT或PT表面檢測。（此焊接接頭屬于異種鋼焊接，按固容規(guī)、GB150.4規(guī)定此類接頭應進行表面檢測）。3、殼程

1）殼程防沖和導流

a.防沖板或?qū)Я魍驳脑O(shè)置條件

GB/T1516.8.1P29：四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

殼程進口管的流體速度v可由殼程流量Q/(ρA)計算得出，此處A應取接管的內(nèi)截面積。

如果設(shè)計條件要求的殼程物料進口接管尺寸過大（接管距離管板較遠）或條件要求排管數(shù)過多，使設(shè)置防沖板的空間不夠，此時應設(shè)置導流筒。

b.殼程防沖板的位置和尺寸

①殼程防沖板的位置h

殼程入口接管處防沖板是為防止物料沖蝕換熱管而設(shè)置的，防沖板的位置必須保證殼程進口區(qū)域面積As使該處ρν2≤5950kg/(m.s2)。（計算較繁瑣，可參考下式確定后，在進行核算：式中：di——接管內(nèi)徑

h1——接管內(nèi)徑與殼體內(nèi)徑連接處矢高

②殼程防沖板尺寸

殼程防沖板一般尺寸采用正方形，其邊長為接管內(nèi)徑di+50mm。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計c.防沖板的固定

GB/T151P30：注意：GB/T1518.7規(guī)定：

故防沖板不能焊在換熱管上！

另：工程設(shè)計中常會出現(xiàn)以下情況：圖中防沖板的設(shè)置在哪種情況下將影響到換熱器的組裝？四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計《化工壓力容器設(shè)計——方法、問題和要點》四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計2）拉桿

a.拉桿布置原則①拉桿的直徑按GB/T151表6-32，數(shù)量不得少于GB/T151表6-33中規(guī)定的數(shù)量。②有缺邊的折流板，應在其外邊緣和靠近缺邊位置布置拉桿且相鄰拉桿間直線距離，一般應≤700mm。③無缺邊的支持板，除在外邊緣布置拉桿外，在布管區(qū)中間區(qū)域也應布置拉桿，相鄰拉桿間直線距離，一般應≤700mm。④拉桿應盡量對稱布置。⑤任何折流板不應少于3個欄桿支承點。

b.拉桿設(shè)計中常出現(xiàn)的問題

《化工壓力容器設(shè)計——方法、問題和要點》四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計3）折流板/支持板

《壓力容器設(shè)計工程師培訓教程》P471：

a.折流板的結(jié)構(gòu)形式

折流板結(jié)構(gòu)形式見GB/T151中圖6-23。常用形式為單弓形和雙弓形。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

b.折流板缺邊①缺口尺寸（即切口百分數(shù)）

GB/T151P31中:折流板缺邊的位置尺寸由工藝專業(yè)在設(shè)計條件中提出，其數(shù)據(jù)為折流板切去部分的弓形高度h與換熱器內(nèi)徑之比值。

工程設(shè)計中，缺口弦高h：一般無相變換熱器取h＝0.25Di；冷凝器取h＝0.25～0.45Di；殼程沸騰再沸器取h＝0.45Di。對單弓形折流板，缺邊的位置h按設(shè)計所提數(shù)據(jù)乘以換熱器內(nèi)徑確定；對雙弓折流板，其單塊折流板的缺邊的位置h兩側(cè)都按設(shè)計數(shù)據(jù)表所提數(shù)據(jù)乘以換熱器內(nèi)徑確定，其雙塊折流板的缺邊的位h1置按切去的面積等于單塊折流板兩側(cè)切去面積之和確定。缺邊的位置尺寸，還應根據(jù)換熱管的排列，盡可能使缺邊通過換熱管排或分程處通道的中心線進行適當圓整。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計②缺口布置

GB/T151P34中：即：缺口位置有兩種：1）當臥式換熱器的殼程為單相清潔流體時，缺口應水平上下布置；2）當臥式換熱器、冷凝器、重沸器的殼程介質(zhì)為氣、液相共存或液體中含有固體物料時，缺口應垂直左右布置。GB/T151

P31還規(guī)定：四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計c.折流板的間距布置

GB/T151P33中四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計注意：①一般型式殼體的折流板布置，應符合設(shè)計條件的要求，盡量不要改動。對靠近殼程進、出口接管的折流板，其位置除滿足設(shè)計條件要求外，還應使折流與防沖板邊緣或接管內(nèi)壁間距離至少為10～20mm。

②分流式殼體的折流板布置，應使殼程分流的路程盡可能相等。③殼程進出口接管處的折流板缺口位置，不得形成短路。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計④浮頭換熱器靠近外頭蓋的支持板與外頭蓋側(cè)法蘭密封面間的距離（圖中Ln），應滿足管殼程熱膨脹差的要求，一般應為50～60mm。U形管換熱器的彎管切線與鄰近折流板間距離，一般取50mm。

⑤折流板布置后，在管束任何部位的換熱管無支撐跨距（包括U形管束的彎管部位的A+B+C），都不得超過GB/T151中表6-31所列換熱管直管最大無支撐跨距的要求。如果超過，在超過部位應設(shè)局部支撐。

d.折流板的厚度

GB/T151P32中表6-21列出因素為“換熱器公稱直徑”和管束中“折流板或支持板間的換熱管無支撐跨距”。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計在TEMA-1999的RCB-4.4.1的表RCB-4.4.1中列出的板厚的確定因素為：“換熱器的名義直徑”和“折流板間的換熱管無支撐管子長度之較大值，管板和折流板間距離不在考慮之內(nèi)”。

按以上規(guī)定，折流板的厚度是根據(jù)管束上折流板間的換熱管無支撐跨距之較大值確定，管板和折流板間距離是不考慮的。因管板的厚度較厚，對換熱管有支撐的作用，所以不考慮管板和折流板間跨距是合理的。可參照換熱管受壓失穩(wěn)當量長度：（GB/T151P56）

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

e.折流板技術(shù)要求TCED41002-2012《化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求》

f.支持板

GB/T151P35：浮頭式換熱器浮頭端的支持板，是為支撐重量較大的浮頭而設(shè)置的。支持板以外區(qū)域，無論支持板是滿圓板或圓環(huán)板，其殼程物料都是不流動的死區(qū)。

以前習慣做法是將支持板作成圓環(huán)板，其中空部分使換熱管缺少支撐，不僅使換熱管無支撐長度因此而加大，而且增加了加工帶孔板的麻煩。國內(nèi)外的這種換熱器基本上都是采用滿圓板。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

GB/T151.8.2.5.2中規(guī)定為加厚環(huán)板，又沒有規(guī)定如何加厚。因此，浮頭式換熱器浮頭端應設(shè)置加厚滿圓的支持板，支持板的厚度可按GB/T151的表6-21（P32）中跨距大于1500mm欄的數(shù)據(jù)選取。

4）防短路結(jié)構(gòu)

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

4）防短路結(jié)構(gòu)

GB/T151P35：

防短路結(jié)構(gòu)主要有：旁路擋板、擋管、中間擋板三種。U行管、浮頭式換熱器殼程中的滑道可兼做擋板。

a.旁路擋板：

是為防止物料橫向流動區(qū)域未布換熱管的部分之間隙較大而形成旁路設(shè)置的。對弓形折流板，應設(shè)置在物料橫向流動區(qū)域相鄰兩塊折流板切口間重疊部分。旁路擋板的設(shè)置與否取決于旁路間隙的大小；旁路擋板的數(shù)量取決于重疊部分的大小，重疊部分越大，需要的旁路擋板數(shù)量也越多。

GB151-1999的5.13.1規(guī)定按換熱器公稱直徑規(guī)定旁路擋板的數(shù)量是不合適的。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

GB/T151P36做了修訂：

按上述規(guī)定,當旁路間隙超過16mm，在各部位旁路擋板的設(shè)置和要求,可應按下述方法處理：

①對管束外圍，局部旁路間隙超過規(guī)定值區(qū)域小于3英寸（76mm）者，不必設(shè)置旁路擋板。

②對管束內(nèi)部的分程處，管子中心距減與管子排列間距之差不超過16mm者，不必設(shè)置旁路擋板。因此，當分程處管子中心距符合標準規(guī)定時，除U形彎管跨越處的過大間距部位外，其它部位是不必設(shè)置旁路擋板。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

③對外圍旁路擋板，當折流板或支持板的切邊與殼程出入口接管平行時，旁路擋板端部只能焊在出入口以內(nèi)的折流板或支持板上，而不能焊在出入口以外的管板或支持板上，否則會造成旁路擋板節(jié)制管束入口或出口物流；當折流板或支持板的切邊與殼程出入口接管垂直時，旁路擋板端部應焊在出入口以外的管板或支持板上，否則在出入口部位是短路的。④中部旁路擋板，其端部應焊在出入口以內(nèi)的折流板或支持板上。

b.擋管GB/T151P36：上述規(guī)定擋管可以兩端焊死，因其為管子，必須將其一端（介質(zhì)入口端）堵死，否則會造成短路；擋管兩端都堵死，會造成管子受外壓，需核算。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

c.中間擋板

GB/T151P36：

5）膨脹節(jié)固定管板式換熱器中設(shè)置膨脹節(jié)，能夠明顯降低由于換熱管和殼程圓筒間熱膨脹差所引起的管板應力、圓筒和換熱管的軸向應力以及管子和管板間的拉脫力。

固定管板式換熱器上迫性膨脹節(jié)應按GB16749進行設(shè)計、制造、檢驗和驗收，一般選用單層高波膨脹節(jié)。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計膨脹節(jié)的設(shè)置應注意：

a.臥式換熱器設(shè)置膨脹節(jié):

應選用A型帶絲堵膨脹節(jié)（適用于單層無疲勞設(shè)計的膨脹節(jié)），且避免設(shè)置在殼程鞍座中間處，與折流板的相對位置宜如圖所示：

b.立式換熱器設(shè)置膨脹節(jié)：

宜設(shè)置在耳座下方，如圖所示：如膨脹節(jié)設(shè)置在耳座上方，則會承受由換熱器自重引起的附加軸向力，并降低了換熱器的穩(wěn)定性。合理的設(shè)計應是：膨脹節(jié)在耳座下方。并在條件允許的情況下，換熱器重心盡量使其位于耳座支承平面之下，以提高設(shè)備穩(wěn)定性。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計4、其他

1）GB/T151中6.13.1-dP45：

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

2）對于高溫、大口徑的接管，還應考慮來管道的推力（三個方向的力和力矩），此時要校核所在的殼體元件和接管根部的應力。校核計算用SW6零部件中的局部應力核算，其中有WRC107、WRC297、EN13445、CSCBPV-TD001-2013四種方法。

WRC107可對圓筒、封頭上的接管進行局部應力計算，但其計算模型為實體，即認為接管為實心圓柱，只能計算殼體的應力，不能計算接管根部應力；WRC197還對圓筒上的接管進根部行局部應力計算，計算模型較接近實際，但限制條件較多，可計算殼體和接管上的局部應力；EN13445也可計算殼體和接管上的局部應力，結(jié)果較保守；CSCBPV-TD001-2013新增方法。

建議采用WRC297或CSCBPV-TD001-2013。四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

另：SH/T3074-2007《石油化工鋼制壓力容器》附錄D給出了外接管道的管口能夠承受載荷，可作參考。

四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

3）接管開孔補強計算：

按GB150.3-2011中6.6節(jié)分析法進行開孔補強計算的開孔，應按GB150.3中圖6-12要求在設(shè)計圖紙中繪制詳細節(jié)點圖，并在其它要求及說明中增加以下內(nèi)容：四、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

4）換熱器介質(zhì)的走向

接管與殼體的焊接接頭應保證全焊透，焊縫表面應打磨平整，轉(zhuǎn)角處圓滑過渡。距連接處（大于筒體有限補強范圍）Xmm范圍內(nèi)的全部A、B類焊接接頭應進行100%RT檢測（檢測技術(shù)等級不低于AB級），結(jié)果符合JB/T4730.2-2005標準中規(guī)定的Ⅱ級，且不允許有任何超標缺陷。（殼體φ=0.85時）1、承壓殼體2、管箱平蓋3、管板4、浮頭蓋與鉤圈5、其他

五、管殼式換熱器強度計算1、承壓殼體

a.換熱器殼體包括殼程圓筒/封頭、管箱圓筒/封頭、外頭蓋圓筒等受壓元件的厚度計算按GB150.3有關(guān)規(guī)定。

b.滿足換熱器殼體的最小厚度要求。見GB/T151表7-1P50：五、管殼式換熱器強度計算對換熱器殼體最小厚度提出要求，主要為了增加殼體的剛性，減少變形，以滿足經(jīng)常抽裝管束和重疊安裝的要求。

浮頭式、U形管式換熱器等可抽管束的殼體，由于得不到管板的加強又需拆卸，故保證最小厚度更是重要，而對于不需抽芯的固定管板換熱器可稍薄。

c.對于與長頸設(shè)備法蘭連接的殼體還應滿足NB/T47023《長頸對焊法蘭》中規(guī)定的對接筒體最小厚度。

NB/T47020-2012《壓力容器法蘭分類與技術(shù)條件》中：五、管殼式換熱器強度計算五、管殼式換熱器強度計算注意：

對于立式換熱器，采用耳座支撐時，應按JB/T4712.3-2007《容器支座第3部分：耳式支座》附錄A耳式支座實際承受載荷的近似計算對殼體厚度進行校核。五、管殼式換熱器強度計算五、管殼式換熱器強度計算2、管箱平蓋GB/T1517.1.1.3P49分別給出了管箱內(nèi)無分程隔板和有分程隔板以及撓度校核的詳細計算公式。工程設(shè)計中一般按SW6計算，數(shù)據(jù)輸入時要注意：計算可參考A2例題，分別核算耳座承受的實際載荷Q、耳座處圓筒所受的耳座彎矩ML。五、管殼式換熱器強度計算3、管板

GB/T1517.4管板計算方法適用于U形管式、浮頭式、填料函式和固定管板式換熱器的管板及其相關(guān)元件（如換熱管、殼體等）的強度校核和設(shè)計計算，并給出了六種管板與殼程圓筒、管箱圓筒之間連接方式的不同結(jié)構(gòu)，詳見GB/T151P57。五、管殼式換熱器強度計算

a.管板計算的理論基礎(chǔ)：GB/T1517.4.1.3P57：軸對稱的概念：如果一個圖形沿著一條直線對折,兩側(cè)的圖形能夠完全重合,這個圖形就是軸對稱圖形。

例如等腰三角形、等腰梯形、正方形、等邊三角形、圓和正多邊形。

實際設(shè)計中受布管影響，管板管束結(jié)構(gòu)很難絕對軸對稱結(jié)構(gòu)，但可以滿足計算的精度要求，以下結(jié)構(gòu)不適用于GB/T151的計算模型：殼程帶偏錐的固定管板換熱器、大面積不布管的管板、GB/T151中明確不適用的換熱器。

b.管板名義厚度管板名義厚度不應小于下列三者之和：管板的計算厚度或管板的最小厚度，兩者中取大值；殼程腐蝕裕量超出管程隔板槽深度的部分；管程腐蝕裕量或分程隔板槽深度，兩者中取大值。

其中管板最小厚度（GB/1517.4.2P58）

c.管板的強度計算，一般按SW6計算，但要注意下面幾個問題：

①管板分程處面積Ad是指在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置分程隔板和欄桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積。GB/T151圖7-5給出了4種排列的分程處面積計算方法：五、管殼式換熱器強度計算五、管殼式換熱器強度計算上述公式只適用于2管程的排列，對4程及以上的排列，由于分程處兩側(cè)管排上的管孔數(shù)是不相同的，公式中的n‘應取兩側(cè)管孔數(shù)的平均值。②固定管板換熱器管板延長法蘭厚度

固定管板換熱器管板延長法蘭厚度，在GB/T151中稱為“殼體法蘭”，其厚度是用在六種操作工況下進行管板計算中得到的。

在現(xiàn)行的SW6的管板計算中，取管箱法蘭厚度的0.6倍作為管板延長法蘭厚度的最小值，已取消。固定管板換熱器管板延長法蘭，是通過螺栓與管箱連接的，其厚度應由與管箱連接的螺栓載荷確定。在TEMA、ASME、EN13445中，都是與管箱連接的螺栓載荷進行計算的。其中ASME、EN13445的計算公式為：

式中：W—管箱法蘭的螺栓載荷（操作和預緊）hG—管箱法蘭墊片力矩的力背S—管板材料在設(shè)溫和常溫下的許用應力G—管箱法蘭墊片壓緊圓直徑五、管殼式換熱器強度計算TEMA的計算公式為（見《化工設(shè)備設(shè)計全書換熱器》P151）：五、管殼式換熱器強度計算GB/T151的計算方法，對管板延長法蘭的厚度，只考慮了操作條件下的六種工況，預緊條件下能否滿足要求，以前是用管箱法蘭厚度的0.6倍來控制。以管箱法蘭厚度的0.6倍作為管板延長法蘭的最小厚度，是上70年代初，在還沒有管板延長法蘭厚度計算方法時，根據(jù)當時的經(jīng)驗確定的。

在六種工況的計算中，所用的法蘭力矩是用法蘭計算中需要的螺栓面積確定的，這種方法與法蘭計算方法有較大的