管道設計資料-換熱器配管設計

工程手冊40SC008-2001

代替:40SC008-1999

中國石化換熱器配管設計

洛陽石油化工工程公司第1頁共42頁

1、適用范圍

1.1本設計手冊適用于管殼式及套管式熱交換器的管道布置。

1.2有關空冷式換熱器(空冷器)的管道布置不在本手冊之列。

1.3有關般的事項要參照PDS320-1-11《管道布置設計總則》

2換熱器種類

2.1按結(jié)構(gòu)分類

2.1.1管殼式換熱器

(1)浮頭式換熱器

如圖2.1(a),傳熱管也稱管束和擋板裝配在兩側(cè)的管板上，但管束一端的管板(固定管板)用殼體一

端的法蘭固定，另一端的管板在殼體內(nèi)不固定，所以殼體和傳熱管可根據(jù)流體溫度自山膨脹。另外，這種換

熱器可將管束從殼體內(nèi)抽出清掃及檢修。該型式的特點如下：

1)傳熱管的內(nèi)外都能清掃，適用容易產(chǎn)生污垢的流體，所以使用范圍廣泛。

2)因為傳熱管和殼體都能自由膨脹，所以在溫差大的情況下也能使用。

3)從1)、2)可知，這種結(jié)構(gòu)的換熱器可適用于各種設計操作條件，通用性最大?但其缺點是由于結(jié)

構(gòu)很復雜，制造成本高。

(2)U形管式換熱器

如圖2.1(b),使用的傳熱管為U形管，傳熱管與殼體分開，可分別隨流體的溫度自由膨脹。另外，能

將管束全部抽出清掃及檢修，與浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)相同，但浮頭式換熱器因為是直管、管內(nèi)也容易清掃，而

U形管式換熱器的管束為U形管，管內(nèi)清掃困難。U形管熱器的特點如下：

1)自由膨脹

2)因為能夠抽出管束，所以也能方便地清掃管外壁。

3)適用于高壓流體，高壓流體在管內(nèi)流動，則使承壓部分少，減輕重量。

4)結(jié)構(gòu)簡單，由于管板和殼體法蘭少，所以制造較簡單。

(3)固定管板式換熱器

如圖2.1(C),是將管板焊接在殼體兩端。殼程流體與管程流體的溫度差使傳熱管和殼體產(chǎn)生較大的，

熱應力，固此，管程與殼程流體溫差較大時需要在殼體上安裝伸縮節(jié)吸收熱膨脹。該形式的換熱器殼側(cè)的清

掃，檢修及維修困難，所以要求流體腐蝕性少，產(chǎn)生污垢少。固定管板式的特點如下：

1)最適用于殼體及傳熱管溫差小，污垢少、熱膨脹差小介質(zhì)和場所。

2)作為立式的管式換熱器，其用途廣泛。

(4)釜式換熱器

如圖2.1(d),殼體內(nèi)上部設有適于蒸汽的空間，同時也作為蒸汽空間，該空間的大小根據(jù)蒸汽性質(zhì)決

定，估算時徵殼體大直徑為殼體小直徑的1.5?2倍。液面高度一般比最上部管至少高50mm。其特點如

下：

1)作為余熱鍋爐其結(jié)構(gòu)是很簡單的。

2)為取得廉價蒸汽而被廣泛使用。

3)管束可做成浮頭式或U形管式，所以也能適用于較贓流體、高壓流體。

編制劉建校對謝林章核李蘇秦

1后

（b）U形管換熱器

（1）殼體（2）殼體蓋（3）管箱側(cè)的殼體法蘭（4）殼體側(cè)的殼體法蘭（5）殼體管嘴（6）浮動管板

（7）浮頭頭蓋（8）浮頭法蘭（9）浮頭墊片

（10）固定管板（11）管箱（12）管箱頭蓋（13）管箱管嘴（14）垃桿及定距管（15）擋板及支持板

（16）緩沖板（17）折流板（18）排氣口（19）排液口（20）儀表接口（21）支座（22）鉤圈（23）

傳熱管（24）擋板

（25）液面計接口（26）殼體管嘴（27）管箱接口法蘭（28）U形管（29）密封墊板

圖2.1各種多管園筒式換熱器（管殼式換熱器）

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圖2.2管殼式換熱器的名稱構(gòu)造一覽表

2.1.2套管式換熱器（套管或夾套式）

由于可采用高低溫流體逆流換熱，所以熱效率高，構(gòu)造簡單。另外具有僅用增減內(nèi)管、套管的根數(shù)，則可

任意改變傳熱面積的優(yōu)點。因為傳熱面積大，所以與管殼式換熱器相比價格較高。

（1）固定式

內(nèi)外管端因是焊接，所以外管側(cè)的清掃困難，不能吸收由于內(nèi)外管側(cè)溫差所造成的熱應力。但具有構(gòu)造簡

單，價格便宜，制造方便等優(yōu)點。（圖2.3）

（2）馬蹄型套管式（發(fā)夾型，U型）

內(nèi)管能抽出，這樣內(nèi)外管均可清掃，另外，可根據(jù)內(nèi)外管溫差使內(nèi)外管自由膨脹。內(nèi)管使用翅片管（圖

2.4）

①傳熱管②傳熱管法蘭③支持片④180°彎頭⑤180°彎頭法蘭⑥套管⑦套管管嘴

⑧套管管嘴法蘭⑨支架⑩U形螺栓

圖2.3套管固定式換熱器

（1）傳熱管（內(nèi)管，傳熱管）（2）縱向翅片（3）管接頭螺栓（聯(lián)接螺紋）（4）近接頭螺母（聯(lián)接外螺紋）

（5）管接頭螺母（聯(lián)接螺母）（6）傳熱管法蘭（內(nèi)管法蘭）（7）套管（8）套管管嘴（9）套管管嘴法蘭（10）

套管法蘭（11）套管蓋（12）密封墊板（13）雙頭螺栓（14）填料箱（15）填料（16）壓蓋（17）支架

圖2.4套管馬蹄型（發(fā)夾型，U型）換熱器

2.2按使用分類

按照使用用途分，有以下兩種情況，一種是僅加熱或冷卻，即不引起流體相變化，另?種是根據(jù)加熱或

冷卻進行蒸發(fā)或凝結(jié)，即引起流體相變化。

使用的種類名稱一般以用途分類。

（1）加熱器

是加熱流體升到所需溫度，以提高流體溫度為目的而使用的?種換熱器，不引起被加熱流體的相變化。

熱源為蒸汽和裝置中的余熱。?般使用蒸汽作為熱源時，往往將蒸汽所具有的潛熱加熱給被加熱流體，

蒸汽為此凝結(jié)變?yōu)橐后w，即引起相變化。

（2）予熱器

是以加熱流體使流體溫度上升為目的，在這一點與加熱器相同，但它是根下一步操作要求對流體予熱而使

用的,種換熱器。

（3）過熱器

是以加熱流體溫度上升為目的，在這一點與加熱器相同，但它是進一步加熱流體，為使其達到過熱狀態(tài)

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而使用的一種換熱器，流體一般是汽態(tài)。

（4）蒸汽發(fā)生器

是加熱液體給與潛熱，使之蒸發(fā)，以產(chǎn)生蒸汽為目的換熱器。

（5）重沸器

是將裝置里凝結(jié)的液體重新加熱使之蒸發(fā)為目的而使用的換熱器。按使用目的有以下兩種重沸器，一是

只將產(chǎn)生的蒸汽送出為H的而使用的換熱器，二是將產(chǎn)生的汽液混合物送出為目的而使用的換熱器。

（6）冷卻器

是將流體冷卻到所需溫度，以降低流體溫度為目的而使用的一種換熱器，被冷卻流體不產(chǎn)生相變。

冷源可用河水，井水，海水等，但當冷卻水不足時，常使用空氣冷卻器。

（7）深冷器

冷卻流體使流體溫度降低為目的，是與冷卻器相同，深冷卻器是使流體冷卻到冰點以下極低溫為目的而使

用的一種換熱器。

冷源使用液態(tài)氨，液態(tài)氟里昂等冷媒，從被冷卻流體中取氣化熱，由液體變?yōu)闅怏w、即發(fā)生相變化。

（8）冷凝器

是冷卻汽體，取出潛熱使之液化為目的的換熱器。被冷卻流體從氣體變?yōu)橐后w，即發(fā)生相變化。

使蒸汽冷凝變成水的換熱器稱為復水器。

（9）純冷凝器

是冷凝器的一種，是將全部冷凝性氣體冷凝液化為目的而使用的換熱器

（10）部分冷凝器

冷凝器的一種，是將部分冷凝性氣體冷凝液化為目的的換熱器。一般使部分冷凝液回流以調(diào)整蒸微塔操作

等。

（11）換熱器

是狹義的換熱器，使兩種流體進行熱交換。它是使一種流體被加熱的同時，另一種流體被冷卻，以此為目

的而使用的一種換熱器。

3換熱器的布置

3.1安裝形式

3.1.1單臺臥式布置單臺換熱器臥式布置的形式見圖3.1。

圖3.1

3.1.2兩臺重疊臥式布置

這種布置形式對節(jié)約占地血枳和縮短連接配管是效的。（1）兩臺同類換熱器的重疊布置見圖3.2。

圖3.2

(2)兩臺不同類型換熱器的重疊布置見圖3.3。

(3)立式重沸器

如圖3.4、圖3.5所示。從塔體引出支架，進行布置，或布置在地面支架上。布置在塔體支架上時方法要

與設備設計負責人協(xié)商。

圖塔支撐的場臺獨立闔撐場舍

3.2布置位置

(1)工藝沒有限制要求時，換熱器一般布置在地面上盡量低的基礎上。

(2)有工藝要求等場合，將換熱器布置在規(guī)定高度的地面基礎上或框架上，作為例子，可考慮下述事

項。

(a)使用釜式重沸器和立式重沸器場合

(b)換熱器出入U幾乎沒有有效壓力差，只靠重力流動來冷卻及冷凝的場合

(C)在地面上沒有布置換熱器的空間時。

3.3設置高度

(1)在地上及框架上的設置高度

在地面和在框架上布置的換熱器基礎高度，由換熱器下側(cè)排放管所需尺寸決定(參照圖3.63.7)

即H(換熱器基礎高度)=W+X+Y+Z

W=法蘭+彎頭Y=排放管尺寸(參照圖3.8)

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X=管半徑Z=排放管距地面（平臺面）的距離（MIN150）

但是，換熱器的基礎高度有時需要在一定范圍內(nèi)取齊，所示表3.1中數(shù)值是基礎的最低高度，應予以注意。

另外，有保溫，保冷的場合，還要考慮排放管保溫、保冷厚度，操作無障礙。

圖3.8詳圖

1、設尺寸“A”（中心線至鞍式支座底）與尺寸“B”（中心接管法蘭面）相同。

2、設排放閥尺寸為API1602的閘閥SW（A型承插焊一扣閥）

表3.1換熱器基礎高度

D(in)CLASSHmm

直徑法蘭等級型式A型式B型式c

2150550600650

300

600jJJ

3150600650700

300

600Jj

4150650700750

300700750800

600JJ

6150800850900

300

600JJ

81509009501000

300jJj

60095010001050

10150100010501100

300

600105011001150

12150115012001250

300

600

A.B.C型表示放凝管的型式

參照圖3.6,3.7,3.8。

框架上的換熱器高度必須根據(jù)管道布置和閥門操作等決定，但距管箱側(cè)或者殼體側(cè)下面管嘴的配管直接穿

過平臺的情況下，換熱器的安裝高度原則上距平臺至少150mm，即換熱器底座與梁之間至少要有150mm墊板

厚度（圖3.9）

圖3.9

(a)為確保管嘴法蘭的螺栓安裝空間

(b)若沒設置墊板，如圖3.10換熱器的定位螺栓與梁腹部相接觸，（梁為H型或者工字型時）無從生

根。

基礎高度的群組化

同一高度的基礎對施工是有利的，從防止施工誤差來講，要在可能范圍內(nèi)統(tǒng)一基礎高度。統(tǒng)一的范圍是原

則上以上1200mm以內(nèi)的高度為宜。

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統(tǒng)一后的基曲高度

圖3.11

(2)臥式重沸器的安裝高度

釜式重沸器等要求工藝安裝給定高度，如圖3.12所示安裝在高基礎上或框架上，重沸器的配管設計圖完

成后，要由工藝設計人校對配管的壓力損失及再次確認塔與重沸器的相對高度。

(3)立式重沸器的安裝高度

立式重沸器的安裝高度可根據(jù)它與塔的N.L(正常液面)的相對高度決定。塔的N.L與重沸器的相對高

度關系要依據(jù)工藝提出的委托資料.

有關立式重沸器的支撐方法，應充分注意以下事項。

用3.1(3)項的圖3.4及圖3.5的立式重沸器安裝狀態(tài)?？芍胤衅鞯钠喑隹谧熳优c塔的入口嘴子基

本上直接相連來。

這是為了盡量減少壓降和有效利用空間。但由于重沸器的支撐方法，恐怕會產(chǎn)生較大的熱應力。減少熱

應力的一般方法如下。

(a)采用在A與B尺寸之間盡量不產(chǎn)生膨脹差的支撐立式重沸器的方法。

(b)由于C尺寸的伸長而影響重沸器出口管嘴及塔的入口管嘴?？蓪⒅胤衅鞯陌惭b螺栓孔作成長園孔

來減少影響。

(c)C、D尺寸間的膨脹差在D部采用彎曲管道減少熱應力。

(d)配管設計完成后，要由工藝設計負責人校對配管壓力損失及再次確認塔與重沸器的相對高度。

3.4布置

(1)換熱器的間距

一般換熱器周圍，儀表類等附件很少，主要是考慮閥門的操作，與其它設備相比，能用較小的間距進行

布置。

兩臺并列換熱器的間距，殼體法蘭之間最小為600mm,有管道時其最小間距也要保持600mm。在換熱

器側(cè)面布置閥門，調(diào)節(jié)閥和儀表時，為了操作及維修，應確保最小600mm的間距。

對釜式重沸器，要考慮液位計等的布置，另外，在考慮最小間距時，也應將換熱器及管道的保溫厚度計

算在內(nèi)。

圖3.14圖3.15

(2)換熱器的排例

多臺換熱器的排列原則上是使管程嘴子對齊。這樣配管連接不僅美觀。而且對冷凝器等，也利于冷卻水

管道的布置。

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(a)

MIN.6005

圖3.16

I

-把管程側(cè)嘴子中心線排

列在一條線上

?L為了確保換熱器抽芯用檢

,___________________________修空間其嘴子中心應遠離

管橋4管橋

圖3.17

b）固定管板式換熱器的布置，除管嘴要左右對稱外、檢修空間不設置在主要位置，布置換熱器要有利

于配管設計。

2固定管板式換熱器管箱

上的兩個嘴子排列在管

橋側(cè)對配管有利

圖3.18

（3）重沸器的布置

重沸器的布置，主要考慮下述事項。

（a）要保證抽出管束的空間（b）抽管束時要容易拆卸螺栓，對于立式重沸器，要考慮平臺的安裝位

置。（c）要考慮能夠吸收配管的熱應力（d）對塔的檢修必須無妨礙（e）在敷塔管管道之間不要

布置重沸器

3.5換熱器的檢修空間

3.5.1臥式換熱器的檢修空間

管長把QOmm

(1)管箱蓋板、管箱及外頭蓋的折卸，安裝所需空間應給予保證。

(a)圖3.19①?⑧空間是作為維修空間，要盡量保證。

U型管換熱器，不需要⑥?⑧空間。

(b)法蘭連接，能夠拆卸配管的場合，使用上圖①?⑦的空間為好。

(O不得已的情況下，應確保①②和③④及⑥⑦中任何一項。

(d)為不影響抽出套管式換熱器管束，要保證如圖3.20所示抽芯空間。

管嘴

圖3.20

(2)為拆卸管箱蓋板，管箱及外頭蓋，使用吊耳所需空間。

如以下平面圖及視圖所示，利用吊耳起吊管箱蓋板，管箱及外頭蓋，地面上的換熱器要靠吊車等起吊。

框架上的換熱器，靠吊車、吊車梁起吊，進行拆卸和安裝。

在對起吊無妨礙的前提下決定配管的位置。

u型管換熱器，因為沒有外頭蓋，所以不必考慮相應的空間。

管箱分離型(A)場合

〃口〃

|D

I----「-HT)〃

管箱為帽型＜B)的場合

圖3.21

為了保持管箱起吊平衡吊耳的位置要靠近法蘭側(cè)

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A-A視圖B-B視圖C-C視圖

圖3.22

（3）框架上換熱器的檢修空間

根據(jù)上換熱器的檢修空間，要按351（1）項及5.1項給予保證。換熱器的管箱蓋板、管箱、外頭蓋拆

卸及管束的抽出，?般使用吊車或吊車梁，所以在換熱器的上部要確保使用吊車或吊車梁所需要空間。使用

吊車梁的空間參照5.4項。

3.5.2立式重沸器的檢修空間，在進行設備及管道布置時，要充分考慮以下事項：

（1）立式重沸器的種類

（2）立式重沸器的布置形式（靠塔支撐還是布置在框架上，請參照3.1.2項（3））

（3）檢修方法

（4）檢修用的機械或者設備（吊車、吊車梁等）

4換熱器的嘴子方位

為了不損壞換熱器的原有性能，而且也為了節(jié)省管道，有必要研究是否更改嘴子的方位，以下是有關換

熱器嘴子方位變更的例子。

另外，有關嘴子位置改變，要與設備設計負責人及工藝設計負責人進行協(xié)商，確認不影響換熱器的性能

和結(jié)構(gòu)。

4.1關于換熱器的嘴子方位變更的基本考慮方法。

4.1.1殼程側(cè)的流體與管程側(cè)的流體。

（1）用冷卻水、燒類（氣體及液體）或者化學流體冷卻的場合，冷卻水通過管側(cè)。使殼程的流體受管

程側(cè)和大氣中空氣的兩面冷卻，提高換熱效率。

（2）高壓流體通過管程側(cè)，低壓流體通過殼程側(cè)，殼程側(cè)可選用較薄的壁厚，這是經(jīng)濟的。

（3）一般將含雜質(zhì)的不清潔流體通過殼程側(cè)。

4.1.2逆流

熱交換的兩種流體逆流換熱效果優(yōu)于順流。尤其對單程的換熱器具有顯著效果。

4.1.3重力流

根據(jù)單純的物理現(xiàn)象，高溫流體向上方運動，低溫流體向F方運動，換熱器也利用分這種原理。流體通

過換熱器時，產(chǎn)生了物理變化，也就產(chǎn)生蒸發(fā)，凝結(jié)等變化，這是非常重要的。但是，通過換熱器的流體，

為液體或者非凝結(jié)性氣體，末必如此，按照上述原則，冷卻器的冷卻水入口和重沸器的工藝介質(zhì)入u均應在

底部，出口在頂部。蒸汽是從頂部管嘴進入，從底部排出冷凝水。冷凝器也應同樣考慮來決定管嘴方位。另

外，對于大量汽體冷凝的情況，應讓蒸汽在具有充分空間（與管內(nèi)狹小空間相比）的殼程中進行冷凝。

4.2換熱器嘴子位置變更舉例。

4.2.1不變更嘴子位置只改變流體的出入方向。

圖4.1

如上圖4.1與左面的例子相比，右面則為節(jié)省配管的簡化布置。該例子中包含有改換管程和殼程流體情

況（許多均合下管程與殼程為同種流體）

4.2.2改變嘴子位置

在上圖4.2,換熱器的殼程進出口嘴子分別在靠近管箱側(cè)和靠近外頭蓋側(cè)，右側(cè)圖相反，調(diào)換進出口既節(jié)

約高等級管道，又減壓降。

4.2.3管嘴做成彎頭管嘴

一般換熱器的管嘴是直管+法蘭，若更改為彎頭+法蘭這種管嘴，如圖4.3這是既降低了換熱器及管道的

安裝高度，又方便了閥門和儀表操作。

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圖4.4

將4.2.3項中彎頭加法蘭的這種管嘴水平旋轉(zhuǎn)，這是為了有利確保管線走向和換熱器的檢修空間。

4.2.5在對稱的位置上更改管嘴（圖4.5）

5構(gòu)架規(guī)劃

二層以上