双管板换热器的改进探讨

- 18 -论文广场石油和化工设备2013年第16卷

表1 换热器技术参数双管板换热器的设计及制造要点

何玉伟，李岩，王雷

（中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125001）

[摘 要] 对双管板换热器的设计及制造要点进行了介绍，对管板间距的计算及制造工艺的合理性进行了探讨，可供设计人员参考。

[关键词] 双管板换热器；结构；管束；设计；制造；要点

作者简介：何玉伟（1969—），女，辽宁葫芦岛人，大学本科，工程师。在中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司研究院长期从事压力容器设计制造工作。换热器是一种实现物料间热量交换的设

备。随着换热器技术的提高，其在工业领域

的应用范围越来越广。在生产使用中为防止

腐蚀和污染，同时为满足工艺流程、劳动保

护、安全生产等方面的要求，通常采用双管

板换热器。本文提到的冷却器管程介质为四

氯化钛，不易燃，但高毒，且渗透性强，设

备一旦发生泄漏，与壳程的介质冷却水混合

后分解放热，释放出有毒的腐蚀性烟气，具

有较强腐蚀性，在设计上采用双管板结构，

以延长换热器的寿命。

1 换热器技术参数及结构

1.1 设备技术参数见表1

。名称壳程管程设计压力MPa0.50.5设计温度℃50100工作压力MPa0.40.4工作温度（进/出）℃30/3870/57程数12

物料名称/特性冷却水（无毒）四氯化钛汽液混合体（中度危害）主要受压元件材料Q345R0Cr18Ni9焊缝接头系数0.851.0管子与管板连接形式强度胀(内管板)强度胀+强度焊(外管板)换热面积（m2）35

1.2 设备结构特点

设备外形结构见图1。冷却器壳体尺寸Dg600×8×3982mm，材质Q345R。外侧管板尺寸

φ740×45mm，材质为16MnⅢ+堆焊304，内侧管

图1 冷却器结构简图板尺寸φ616×45mm，材质为16MnⅢ，共有124

根φ25×2.5×4000mm换热管，材质为0Cr18Ni9。

冷却器为双管板结构，结构比较复杂，制造上具

双管板换热器的结构设计

【摘 要】本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，详细概述了有关设计条件和计算两方面的要点，并给出了几点需要注意的问题，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；问题

所谓的换热器，就是是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。而双管板换热器比一般的换热器结构复杂，因此在设计过程中要更加重视。基于此，本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，以期能为双管板换热器的结构设计提供参考借鉴。

1.设计条件

某一项目烧碱装置后冷却器设计条件见表1。

该设备壳程介质为氯气，管程介质为循环水，如果两个介质发生泄漏，相接触就会产生强腐蚀性的盐酸或次氯酸，对该设备造成严重的腐蚀。所以该设备选择双管板换热器，为绝对避免壳程介质与管程介质相接触，设置积液程结构，并设有放空口和排净口（取样口）进行泄漏检测，该设备结构如图1所示。

2.设计计算

本文主要介绍管板强度的设计计算及积液程长度L的计算及其相关规定，其他受压元件的计算方法，与普通的单管板换热器计算方法相同，计算时可参考GB151—1999等相关规范···，这里不再赘述。

2.1管板强度计算

双管板换热器的设计计算，在我国现行的标准规范GBl51中，没有该结构形式的管板厚度计算方法。由此，本文参考TEMA标准及文献[2]，认为双管板换热器的管程管板（也称外管板）和壳程管板（也称内管板）都能单独满足相应设计工况的设计前提下，确定该换热器管板厚度的计算方法。

（1）管程管板厚度计算。运用SW6强度计算软件进行换热器的设计时，管板形式选择延长部分兼作法兰的固定式管板，设计参数按以下情况考虑：①设计压力和设计温度按管程工况确定；②壳程和换热管金属壁温按壳程和管程工况确定；③管板与换热管的连接为强度焊；④换热管长度为换热管总长度，换热管有效长度为管程管板内侧间的距离，换热管受压失稳的当量长度Lcr按GB151图32选取。

TDI双管板换热器制造工艺及质量控制

【摘 要】本文阐述了TDI双管板换热器结构、设计特点以及制造过程中需注意的控制要点，通过材料选择、控制钻孔精度、确定胀接工艺参数、合理安排胀接焊接次序等措施，保证TDI双管板换热器的制造质量，并通过动态实时监测系统对换热器进行监测，以确保其安全运行。

【关键词】双管板；换热器；制造；质量

0.引言

双管板换热器是在换热器一端同时设有一定间隙的两块管板的换热器，能防止腐蚀和污染 ，满足工艺流程、劳动保护、安全生产等方面的要求，广泛应用于社会各个邻域。其中，TDI双管板换热器中的TDI属于腐蚀性强、剧毒、高危害的化学品，因此，只有保证双管板换热器的高质量制造，才能保证TDI的安全高效使用。现结合TDI换热设备的制造加工技术，以精制冷凝器制造实际情况为例，对其制造过程的质量控制要点做相关分析，以供参考。

1.结构及参数

1.1精制冷凝器的结构

精制冷凝器结构为双管板换热器，内外管板之间短节—积液腔（亦称为哈夫节）设计为密闭腔体，并留有安装内部介质泄露监控器件接口。

1.2精制冷凝器的参数

精制冷凝器的参数见表1。其中，管程的介质ACS/5-TDI/2（TDI99.58%，ODGB0.29%，氮气0.13%），其介质特性属于腐蚀性强、剧毒、高度危害、遇水爆炸介质。由此，给精制冷凝器的制造带来一系列要求和难度。

2.制造质量控制要点

2.1主要材料的选择

2.1.1换热管材料的选择

根据精制冷凝器的使用工况要求的温度、压力等技术参数和介质的特性，参考和借鉴国内外的先进技术，反复论证，最后确定：换热管采用进口镍基合金材料UNSN08800，属于铁镍铬合金材料，其牌号为：FeNi32Cr21AlTi，，材料标准为SB-163。

2.1.2管板、管箱材料的选择

（1）外管板、管箱由于接触腐蚀介质，为了达到防腐的目的并合理节约成本，采用镍基合金N08800与Q345R的复合板材料，符合NB/T47002.2-2009标准中B1级的规定；

・应用研究・　朱冬梅双管板换热器的设计和制造　７１　

双管板换热器的设计和制造　

朱冬梅　（江苏省化工机械研究所有限责任公司，江苏南京２１００２４）　

摘要：介绍了双管板换热器设计时的选材、管板的强度计算方法、结构设计和制造过程的胀接、水　

压试验等，指出了双管板换热器在设计计算和制造方面应注意的问题，供设计人员参考。　关键词：换热器；双管板；计算；结构；制造　

中图分类号：ＴＨ１２；ＴＱ０５１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—１６１６（２０１０）０９—００７１—０３　

在管壳式换热器中，换热管与管板的连接接头　

是分隔管、壳程介质的关键屏障，但却不能保证绝　对不泄漏。即使制造过程中液压试验、气密性试验　

都合格，但由于操作过程中温度、压力和介质腐蚀　的联合作用或操作不当，都有可能出现部分换热管　

连接接头的失效而造成设备内介质泄漏。这样的　

内泄漏会使管壳程之间的介质混合导致严重或灾　管程管桓　聚液壳　壳程管板　难性事故，因此双管板换热器便应运而生［　。　

１双管板换热器的设计　

１．１双管板换热器的型式　

双管板换热器一般型式为：双管板固定管板换　

热器（如图１所示）、双管板ｕ形管式换热器（如图　

２所示）。固定管板换热器在传热过程中，管内外　竟程管板　聚液亮　譬程管拔　

图１双管板固定管板换热器　壳程管板　聚液壳　管程管板　

图２双管板Ｕ形管式换热器　介质的流动方向为逆流，传热系数较高。Ｕ形管　定的硬度差，一般管板比换热管硬度高ＨＢ２０～　

式换热器在传热过程中，一半管束内介质的流动方ＨＢ３０。应采用强度级别较高的材料作管板（如　向为逆流，另一半为顺流，因此其传热系数较低。　１６Ｍｎ锻件），强度级别较低的材料作换热管（如１０　

但相比固定管板换热器，Ｕ形管式换热器由２块管　＃无缝钢管）。当选用的材料硬度相近时，可将管　板组成，减少了泄漏点。一般在换热面积较小、管　端进行退火处理，以降低换热管的硬度ｌ２　Ｊ。　束表面需经常清理或管程与壳程的温差较大时采　１．３　壳程管板与管程管板之间间隙长度Ｌ