双管板换热器的结构设计

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来源：《科技信息·中旬刊》2017年第02期

        摘要：双管板换热器在工业生产中普遍使用，做好其结构设计尤为重要。本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，详细概述了双管板换热器的应用场合、结构和内外管板计算要点及内外管板间距的计算，并总结了设计中需要注意的问题，以期能为双管板换热器的结构设计提供参考借鉴。

        关键词：双管板换热器；结构；设计要点

        引言

        在工业生产中，实现物料之间热量交换的节能设备统称为换热器，它广泛应用于国民经济的各个领域。在生产中为了防止腐蚀和污染，以及满足工艺流程、劳动保护、安全生产等方面的要求，通常采用双管板换热器来解决。而由于双管板换热器与一般的换热器相比结构较为复杂，因此在设计过程中各细节必须充分考虑，产品质量才能得到有效的保证。

        1 应用场合

        双管板换热器分为整体式双管板、连接式双管板、分离式双管板3种形式。

        双管板换热器主要用于当两程之间的物料相混后，将会产生严重后果，一般用于下列情况：

        （1）产生严重腐蚀；

        （2）使极毒流体波及到大面积的场合；

        （3）发生燃烧或爆炸；

        （4）产生聚脂状物质或聚合物，形成设备污垢；

        （5）使催化剂中毒，或使化学反应停止或反向进行，以致减少产量；

        （6）使产品不纯。

        在这些情况下，尽管双管板换热器比普通单管板换热器投资费用大，为了确保安全，还是应考虑在管子两端或一端采用双管板的换热器，以防止壳程流体与管程流体之间的泄漏。

        2 双管板换热器的结构

        所谓双管板换热器就是在换热器一端或两端设有一定间隙的双管板且两块双管板间用一段筒节相连。

        最常见的结构示意图如图1所示。

        隔离腔用于封闭相邻的内管板与外管板之间漏出的气（液）体，防止有毒气（液）体的外溢。隔离腔最高和最低处需分别设置放空口和排净口，用于及时导出渗漏气（液）体。

        换热器与管板的连接，通常外管板与换热管采用强度焊加贴胀，内管板与换热管采用强度胀接。外管板采用强度焊加贴胀的目的是通过焊接结构来保证换热管与管板连接的密封性能以及抗拉脱强度，通过贴胀来消除换热管与管孔之间间隙。内管板与换热管由于结构原因无法动焊，只能采用强度胀接来保证换热管与管板连接的密封性能及抗脱强度。设计时应注意管板与换热管须有一定的硬度差，换热管材料应低于管板的硬度HB30左右。

        3 双管板换热器设计要点

        3.1 内、外管板（图2）的计算要满足下列要求

        （1）将内、外两块管板视作一块整体管板，按单管板计算得到要求的双管板总厚度δ0。

        （2）对内、外管板分别进行计算确定各自的计算厚度，且不小于标准规定的最小厚度。外管板厚度为δ1，内管板厚度为δ2。隔离腔的设计压力按隔离腔的工作压力，通常是常压（sw计算时可取0.001MPa）或腔内介质压力（可取管程压力）。

        内管板：计算时其管板隔离腔的设计压力即作为内管板的管程设计压力，壳程按原来参数。管板与换热器的连接为胀接，换热管的有效长度为壳程管板间距离。

        外管板：计算时其管板隔离腔的设计压力即作为壳程设计压力，管程按原来参数。管板与换热管的连接，不管是强度焊加贴胀，还是强度焊加强度胀，计算时均按强度焊考虑。

        （3）两块管板的厚度之和应满足：δ1+δ2≥δ0。

        3.2 内外管板间距g

        由于双管板换热器两块管板的使用温度不同，当管板金属温度从常温开始变化时，二管板径向位移不同（图3），这样产生的力作用在管子上引起弯曲和剪切，使管板与换热管的连接处产生泄漏，因此，对两管板之间应有适当的间隙，这样，让换热管产生挠曲，从而避免管板与换热管连接处产生很大的应力而泄漏。

        式中，g为两管板间距，mm；d为换热管的外径，mm；为内、外管板之间径向热膨胀差，mm；Et为换热管材料在其平均金属温度下的弹性模量，MPa；为换热管材料在平均金属温度下的屈服强度，MPa；Dt为管板布管区当量直径，mm；为内管板在其平均金属温度下的线膨胀系数，mm/（mm·℃）；为内管板平均金属温度与制造环境温度差，℃；为外管板在其平均金属温度下的线膨胀系数，mm/（mm·℃）；为外管板平均金属温度与制造环境温度差，℃；

        4 设计中的其他问题

        （1）选材：在管程与壳程选材不同时，两管板的选材也可以不同。在易产生腐蚀一端采用不锈钢材料或不锈钢+堆焊，而另一端则选用碳钢材料，从而降低成本。

        （2）钻孔要求：两管板在制造时应重叠起来一起钻孔，这样可以减少换热管安装难度。

        （3）气液回收：如果换热器管程或壳程物料危害性大，应考虑对隔离腔溶解排放气液的回收。

        5 结语

        综上所述，双管板换热器作为主要用于易燃、易爆、有毒或较强腐蚀介质的换热器的工况下，若要更好地推广应用，必须掌握好设计这个环节，以保证双管板换器的质量，保证在使用中不出现换热管壁破裂的情况。本文在双管板换热器的结构设计上给予了一定参考借鉴，相信对此设备的结构设计能有一定的帮助。

        参考文献：

        [1] 何玉伟，李岩，王雷.双管板换热器的设计及制造要点[J].石油和化工设备.2013（02）

        [2] 李晓晖.双管板换热器的结构设计[J].科技致富向导.2014（5）

        [3] 刘彦青，李冲.双管板换热器制造工艺研究[J].工程技术：文摘版.2016（3）：00076-00076