【正文】 min20243032404045506065707690100110115其中，l 16mm的管子適用于進(jìn)出料換熱器，操作介質(zhì)較為干凈；l 19mm的管子適用于以下情況： m2K/W；出于工藝設(shè)計(jì)考慮，如換熱器的允許壓降較小時(shí)；l 32mm和38mm的管子只是出于工藝設(shè)計(jì)考慮，如換熱器的允許壓降較小時(shí)：l 未經(jīng)業(yè)主和專利商同意，不得采用小于16mm的管子。 m2翅片的直徑不應(yīng)大于其基管直徑，翅片管的壁厚通常指基管的壁厚。 布管形式管子排列方式分60、90和45176。排列方式。；按照標(biāo)準(zhǔn)，焊接寬度一般為3mm。表45 管程數(shù)分布 殼體、管箱及封頭的設(shè)計(jì)殼體、管箱和封頭共同組成了管殼式換熱器的外殼。當(dāng)直徑＜400mm時(shí)，通常采用管材作殼體和管箱殼體。其直徑系列應(yīng)與封頭、連接法蘭的系列相匹配，以便于法蘭、封頭的選型。殼體、管箱和封頭的尺寸由設(shè)計(jì)者根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)確定。 前端封頭的選擇管箱用于安裝管程流體進(jìn)出口接管、均勻分配及匯集管程流體和在多管程時(shí)改變其流向；”B”型為焊接的封頭管箱，結(jié)構(gòu)簡單，適用于較清潔的介質(zhì)；“A”、“C”、“N”型的管箱前蓋板可拆下，便于檢查清洗管程，但用材較多；”D”型為鍛造管箱，；管箱上一般均應(yīng)留有排氣口和殘液排凈口。 殼體的選型殼體用于容納管束構(gòu)成殼程，并安裝殼程流體進(jìn)出口接管，可設(shè)置中間隔板使殼程變?yōu)閮沙袒蚴箽こ塘黧w分流。單殼程”E”型是最常用殼體形式?！癎”型和”H”型分流式殼體常用于臥式熱虹吸式再沸器或冷凝器，這時(shí)，縱向隔板可抑制殼程液體中輕組分的閃蒸并增進(jìn)混合，”H”型在流量很大而殼程壓降要求很低時(shí)使用。為避免殼程流體出入口處對(duì)管束的強(qiáng)烈沖刷，可設(shè)置內(nèi)、外導(dǎo)流筒或防沖板。對(duì)于固定管板式，宜選擇”L、M、N”型作為后封頭（該結(jié)構(gòu)換熱器若管殼側(cè)金屬壁溫溫差較大，需要加膨脹節(jié)或堵塞接縫）；而對(duì)于浮頭式，應(yīng)選擇”S”型作為后封頭；浮頭式換熱器的殼徑應(yīng)大于DN300；對(duì)于外填料式浮頭”P”和外密封式浮頭”W”型的換熱器不能在中國設(shè)計(jì)和制造。圖43 后端結(jié)構(gòu)的選型原則(a) m2K/W或殼側(cè)污垢易于化學(xué)清洗；(b) m2K/W或管側(cè)污垢易于化學(xué)清洗；(c) 可做到無泄漏；(d) 管側(cè)設(shè)計(jì)壓力高于3920KPa。折流板一般為等間距布置，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口接管。弓形折流板適用于無相變的對(duì)流傳熱，防止殼程流體平行于管束流動(dòng)，減少殼程底部液體的沉積。缺口高度可為直徑的10%40%，相同壓降下，缺口高度為直徑的20%時(shí)獲得的傳熱效率最好。盤環(huán)形折流板允許通過的流量大、壓降小，但傳熱效率不如弓形。折流桿式使流體縱向穿過折流桿與換熱管之間的縫隙，該形式換熱器傳熱效率高、壓降低、防振效果好。最小的折流板間距為殼體直徑的1/5，不小于50mm。折流板或支撐板間距合理，使得最大無支撐管長不超過下表46所示數(shù)據(jù)。進(jìn)出口折流板間距又詳細(xì)設(shè)計(jì)階段工程人員決定，依據(jù)：TEMA、法蘭型式、設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、材料及殼側(cè)管嘴尺寸。浮頭式換熱器浮頭端宜設(shè)置加厚環(huán)板的支撐板。對(duì)于殼側(cè)入口是蒸汽或混相介質(zhì)，應(yīng)該在殼側(cè)入口設(shè)置防沖板。l 對(duì)于氣體和蒸汽，入口處的pV2超過7000 kg/()l 對(duì)于液體，入口處的pV2超過9000 kg/()。2） 換熱器殼側(cè)管嘴相對(duì)于殼徑較大，或當(dāng)殼程進(jìn)出口接管距離板較遠(yuǎn)，流體停滯區(qū)過大時(shí)，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流筒。l 倒流帶面積等于導(dǎo)流筒長與帶高的乘積，它等于管嘴面積，或至少為管嘴面積的75%；l 受換熱管長度限制，導(dǎo)流筒長度有限，因此間隙高度可以最大化；l 導(dǎo)流筒設(shè)計(jì)要以管嘴為中心對(duì)稱，使得管嘴周圍槽均勻分布；l ，；l 總的齒槽面積為管嘴面積的7倍，實(shí)際管束入口面積要大大小于總的齒槽面積；l 用多數(shù)齒槽避免一個(gè)大的齒槽。在殼體和大多數(shù)管箱的底部裝有排液管，上部設(shè)有排氣管，殼側(cè)也常設(shè)有安全閥接口及其他諸如溫度計(jì)、壓力表、液位計(jì)和取樣管接口。由于在殼體、管箱殼體上開孔，必然會(huì)對(duì)殼體局部位置的強(qiáng)度造成削弱。換熱器的物料進(jìn)出口接管尺寸不應(yīng)小于DN50，放空口和放凈口除外。當(dāng)凝液需要冷卻到低于其沸點(diǎn)的情況下一般加堰板，它為凝液冷卻提供較大傳熱面積。5 傳熱計(jì)算管殼式換熱器的傳熱設(shè)計(jì)和校核計(jì)算所采用的計(jì)算方法要求是廣泛應(yīng)用的。熱力學(xué)校核的目的是優(yōu)化換熱器結(jié)構(gòu)，減小換熱面積。理論上每種流體的分率由殼側(cè)壓力平衡決定，并且對(duì)傳熱有較大影響。B流越大傳熱效率越高，殼側(cè)壓降較大時(shí)，A、C流及E流增大，B流減小。3） 改變流體分率的方法l 通過降低A、C、E流提高B流分率：加長折流板間距、增大折流板切口分率、運(yùn)用雙弓形折流板；l 減小管與管孔間隙可減小A流；l 減小殼側(cè)與折流板間隙減小C流；l 安裝盤路擋板減小E流；l 安裝擋管或中間擋板可減小F流。表51 換熱器壓降操作情況操作壓力MPa(a)合理的壓降MPa真空操作P=0～△P=P/10低壓操作P=0～；P=～△P=P/2；△P=中壓操作（包括用泵輸送的流體）P=～△P=～較高操作壓力P=～△P=～換熱器傳熱計(jì)算時(shí)的壓降都是清潔時(shí)的壓降，結(jié)垢后，管、殼側(cè)的壓降都會(huì)增大，因此結(jié)垢以后的壓降可以在清潔時(shí)的基礎(chǔ)上乘以系數(shù)，見表52。表52 不同污垢系數(shù)放大倍數(shù)污垢系數(shù) ～～＞放大倍數(shù)注：實(shí)際允許壓降根據(jù)工藝要求決定校核中不同部分壓降受限調(diào)節(jié)方法：l 殼側(cè)壓降受限：降低流程數(shù)、增大折流板切口、增大殼側(cè)管嘴尺寸或改變殼體型式（用殼側(cè)分程型式或缺口不布管）；l 管側(cè)壓降受限：減少管程數(shù)或管長、增大管側(cè)管嘴尺寸、若允許，增大管徑或改變布管形式或適當(dāng)減小管間距；除冷凝和再沸器，一般管殼側(cè)管嘴壓降之和不超過總壓降的25%。不同粘度下介質(zhì)管內(nèi)常用流速見表53。表54 易結(jié)垢流體流速類別管材最低流速，m/s最高流速，m/s適宜流速，m/s凝結(jié)水鋼管～～冷卻水鋼管～～管程氣體常用流速范圍5～30 m/s。殼程氣體常用流速范圍2～15 m/s。表55 管口最大允許流速介質(zhì)液體氣體粘度，cp＞15001500～500500～100100～3535～1＜1相當(dāng)于殼程氣體最大～Vmax，m/s4）傳熱系數(shù) 設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，在選定換熱器型式后，通常先選用一個(gè)大致的K值進(jìn)行傳熱面的初步估算。校核值與經(jīng)驗(yàn)值偏差不大，且校核程序中計(jì)算值與實(shí)際值偏差不大。最大氣相速度的計(jì)算方法應(yīng)參考HTRI文獻(xiàn)BKB1/2中的說明。氣、液兩相進(jìn)料時(shí)，應(yīng)從管束上方或殼體側(cè)面進(jìn)料，并設(shè)置防濺板保證氣、液兩者能夠分離，同時(shí)要注意出料管口應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離進(jìn)料管口，對(duì)于再沸器，液體進(jìn)料管口放在靠近管板且盡量遠(yuǎn)離排液管處。 為使管束浸沒在液體中，應(yīng)在釜內(nèi)設(shè)置堰，且堰板至少要高出管束25mm，除非工藝上有特殊要求，堰上不得開放凈孔。 污垢熱阻換熱器的結(jié)垢定義為由于種種原因流體中的組分或雜質(zhì)在換熱表面上發(fā)生沉積，從而增加了熱阻與流動(dòng)阻力，垢層隨操作時(shí)間而增加，會(huì)產(chǎn)生下面后果：A 總傳熱系數(shù)K隨污垢熱阻的增加而減少，清潔條件下的K愈高，則污垢熱阻的影響也愈大；B 由于污垢熱阻值具有某些不確定性，設(shè)計(jì)者往往采用較保守的值以增加安全系數(shù)，這使傳熱面積更加不必要的增大；C 隨結(jié)垢的增長，介質(zhì)通道變窄，表面粗糙度增大，因而傳熱系數(shù)降低，介質(zhì)流動(dòng)壓降增大，為達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷，往往要加大加熱劑或冷卻劑的流量，從而降低了能量利用效率，且這一側(cè)的壓降又會(huì)增加，使機(jī)械能耗增加；D 污垢熱阻最終將使生產(chǎn)難以維持，必須停工清洗，增加了維護(hù)、清洗費(fèi)用及停工損失。1） 結(jié)垢原理目前研究發(fā)現(xiàn)六種結(jié)垢原理，它們可單獨(dú)存在或并行出現(xiàn)：結(jié)晶、沉淀、化學(xué)反應(yīng)及聚合、結(jié)焦及腐蝕性組分。再沸或冷凝的污垢熱阻較高。GB151 F7給出常用介質(zhì)污垢熱阻。6 流體流動(dòng)引起的振動(dòng)在管束中橫向流流速下的影響，換熱器管子會(huì)有出現(xiàn)振動(dòng)的趨向。管子疲勞導(dǎo)致工廠停工，修理耗費(fèi)，因此保證現(xiàn)代管殼式換熱器避免在一切操作條件下出現(xiàn)流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)是十分重要的。換熱管是換熱器中細(xì)長彈性元件，殼程流體流動(dòng)破壞了他們的平衡位置，并遭受振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)管子固有頻率與激振頻率相接近時(shí)，發(fā)生振動(dòng)相應(yīng)。 管子的破壞盡量管子在換熱器中任何地方都可產(chǎn)生破壞，但最容易引起流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)的區(qū)域是流動(dòng)高速區(qū)：管束中兩塊折流支撐板間最大的末支撐的中間跨；管束周邊區(qū)在弓形折流板缺口區(qū)的管子；U形管束U形彎頭區(qū)；位于進(jìn)口接管之下的管子；位于管束旁流面積和管程分程隔板流道內(nèi)的管子；在管子和換熱器結(jié)構(gòu)部件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的區(qū)段界面。 流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)機(jī)理流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)相應(yīng)的激振機(jī)理通常為：漩渦分離或流動(dòng)的周期性；湍流振動(dòng)；流體彈性的穩(wěn)定性；聲振動(dòng)相應(yīng)。流體彈性不穩(wěn)定的發(fā)生，是管子在殼程流體橫流達(dá)到臨界流速或速度閾，而導(dǎo)致管子振動(dòng)響應(yīng)振幅足夠大，造成與相鄰的管子的碰撞而破壞。 預(yù)測方法l 臨界流速當(dāng)殼側(cè)穿過管束流速超過臨界流速，流動(dòng)彈性不穩(wěn)定引發(fā)振動(dòng)。l 聲振如果漩渦分離或紊流抖振引起的激振頻率與管子固有頻率相一致，則會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)，甚至管子破壞。振幅大到相鄰管間距的一半時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重的沖擊及破壞。 消除振動(dòng)的方法檢測到振動(dòng)后應(yīng)做的調(diào)整如下：管子破壞一旦預(yù)測到管子有振動(dòng)破壞，則采取措施：減小錯(cuò)流速度、提高管子固有頻率，校核程序如下：l 改變折流板間距：縮短折流板間距會(huì)提高管子固有頻率；加大折流板間距會(huì)減小錯(cuò)流速率；l 改變折流板型式：將當(dāng)弓形改為多弓形有大大降低錯(cuò)流速率，或者將折流板采用缺口不布管型式，但該方法造價(jià)高；l 改變殼體型式：殼體型式改為分流式也會(huì)大大降低錯(cuò)流速率；l 防振折流板：采用防振折流板，如折流桿；l 增大殼體數(shù)量減小錯(cuò)流速率；l U形管束的彎端增加全支撐即可消除振動(dòng)，改變布管形式亦可消除振動(dòng)，然而該方法要征求業(yè)主同意。布管型式引發(fā)，采用其他布管形式；l 增加消聲板：增加消聲板可提高聲振頻率；l 改變殼體直徑：改變殼體直徑可改變殼體的聲振