双管板换热器的管板设计及制造

- 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MPa 0.50.5设计温度℃50100工作压力MPa 0.40.4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Q345R 0Cr18Ni9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（m 2）351.2 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16Mn Ⅲ，共有124根φ25×2.5×4000mm 换热管，材质为0Cr18Ni9。

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文献综述题目浅析双管板换热器管板的设计要点学生姓名朱延霆专业班级过程装备与控制工程07-1班学号0158院（系）材料与化学工程学院指导教师(职称) 许培援（教授）张羽翔（助教）完成时间 2011 年3 月 10日浅析双管板换热器管板的设计要点摘要：本文简要介绍了双管板换热器的管板及管板与管束的连接方法，详细的概述了管板设计要点，如管板厚度设计，强度计算，材料选用等，以达到管板的优化设计。

关键词：双管板换热器管板设计前言管板是管壳式换热器的主要零部件之一。

管板的合理设计对于正确选用和节约材料、减少加工制造的困难、降低成本和确保安全使用都具有重要意义［1］。

1 双管板换热器及其应用简介双管板换热器是在换热器一端设有一定间隙的两块管板或相当于有一定间隙的两块管板的换热器［5］，如图1所示。

在实际操作中，双管板换热器一般用于以下两种场合：一种是绝对防止管壳程间介质混串的场合，例如，对壳程走水、管程走氯气或氯化物的换热器，若壳程中的水与管程中的氯气或氯化物接触，就会产生具有强腐蚀性的盐酸或次氯酸，并对管程材质造成严重的腐蚀。

采用双管板结构，能有效防止两种物料混合，从而杜绝上述事故的发生；另一种是管壳程间介质压差很大的场合［8］，此时通常在内外管板之间的空腔中加入一种介质，以减小管壳程间介质的压差。

图1双管板换热器示意图2 双管板换热器的管板在双管板换热器中，换热管的端部的管板称为外管板，此管板兼作设备法兰，分别与换热管及管箱法兰相连；在距换热管端部较近位置的管板称为内管板，分别与换热管和壳程相连［2］。

图2和图3双管板常见结构［11］。

图2 常见双管板结构1图3 常见双管板结构23 双管板换热器管板的设计管板的设计计算是非常关键的设计步骤，也是整个设计过程中最复杂的。

因此，设计者对双管板式换热器管板厚度的设计特别重视［9］。

3.1管板厚度的设计（1）双管板换热器的管板厚度设计方法目前国内没有标准可依，通常采用近似方法将双管板换热器分解成两部分，然后根据每块管板两侧所接触介质压力与温度按GB 151—1999相应模块来进行设计计算。

双管板换热器的设计与制造简介双管板换热器是一种广泛应用于化工、制药、石油、食品等行业的换热设备。

其主要作用是将一个流体的热量传递给另一个流体，从而达到加热、冷却、蒸发等处理目的。

相比于传统的管壳式换热器，双管板换热器具有体积小、传热效率高、维修方便等优点，因此被广泛应用。

本文将从双管板换热器的设计、制造和使用等方面进行介绍。

设计热传递计算双管板换热器的设计需要进行热传递计算，以确定板片的数量和表面积。

一般情况下，热传递计算需要考虑以下因素：•流体的温度、压力和流量•热传递系数•固体传热能力•换热器的体积和形状•板片的布局和数量•热负荷和热效率要求在进行热传递计算时，可以使用一些工具和软件来辅助计算。

例如，可以使用ANSYS FLUENT软件对流体和固体传热进行模拟和计算。

此外，还需要考虑流体和固体之间的传热方式，包括对流、辐射和传导等。

板片的设计板片的设计是双管板换热器中最重要的部分之一。

一般情况下，板片的设计需要考虑以下因素：•材料的选择：板片材料需要具有良好的耐腐蚀性和传热性能，常见的材料包括不锈钢、镍合金等。

•板片的形状和大小：板片的形状和大小需要根据换热器的具体应用来确定，一般情况下，板片的宽度在2-10mm之间，间距在2-10mm之间，板片总面积应当满足热传递计算的需求。

•板片的密度和布局：密度和布局的选择需要考虑到流体的流量和热负荷等因素，一般情况下，板片的间距和布局需要满足流体的流速和热传递计算的需求。

•板片的安装方式：板片的安装方式需要考虑到维修和清洗等因素，一般情况下，板片需要可以方便的拆卸和安装。

其他设计因素除了板片的设计之外，双管板换热器的设计还需要考虑以下因素：•进出口管道的设计：进出口管道需要满足流量和压力的要求，一般情况下，可以使用方形、圆形或矩形形状的进出口管道。

•头部和底部的设计：头部和底部需要满足与板片的对接要求和防泄漏要求，一般情况下，可以使用法兰连接、焊接或密封槽连接等方式。

双管板换热器的结构及制造工艺合理设计一、双管板换热器结构设计准备工作（一）结构初步规划对于一项双管板换热器而言，其结构主体上有4块管板，主要结构状态如下：首先是法兰式管程侧管板，有两块，其与管箱法兰之间的连接使用垫片以及螺柱，同时联通换热管、管道共同组成管程。

换热管与管程侧管板之间的连接可采用贴胀与强度焊联合方式，在介质选择上也适应于条件偏向苛刻程度的介质。

非法兰式的壳程侧管板与壳体之间的的连接让壳程更具完整性，在换热管与壳程侧管板之间的连接方式为强度胀接。

在结构中，壳程管板与换热管之间又可以构成两腔积液程，由此产生形态特殊的四腔结构。

（二）選材控制材料的选择关系到双管板换热器的使用稳定性以及安全性，因此选材是结构设计的关键。

在材料选择方面，首先应考虑介质特性，重点放在抗腐蚀方面，并根据用户需求加以调整，保障在压力以及操作温度方面不会对工艺性能产生不良影响。

换热管与管程侧管板之间的连接使用贴胀加强度焊型式，锻件级别为Ⅱ级。

由于换热管与壳程侧管板之间的连接属于强度胀接，因此要求管板质量高，故锻件级别为Ⅲ级。

同时，鉴于管板材料在硬度值方面要与双管板换热器约在HB20-30之间，从理论上来说不锈钢管板与换热管之间的硬度应属于同一水平，但在实际硬度测量中发现，硬度变化能够通过材料供应以及材料选择实现。

在具体设计制造环节中，设计人员同样需要对换热管与管板管孔之间的间隙严格把关，利用“特殊紧配合”原则减少管板材料与换热管之间由于硬度差带来的不良影响。

需要注意的是，换热管HBW硬度要求应在评定实验中明确指出。

二、结构设计要点（一）布管操作以某实际设计为例，换热管外径19mm用户将布管间距设置为23.75mm，将排列方式要求为转角正三角形，因此理论上来说孔桥宽度只能够为4.75mm，在制造中胀接环节操作具有一定难度。

按照双管板换热器传统经验结合相关企业自行加工制造能力，可将换热管与管板之间的胀接设定为液袋柔性胀接，其作用原理如下：当液体压力不断上升过程中，换热管受到压力后会出现变形，并且随着压力的增大变形程度也会加大（此变形属于弹性变形），之后在达到塑性变形程度时会被挤压至管板孔壁部位。

双管板换热器的制造工艺我对这双管板换热器的制造工艺啊，那可算是有不少的了解。

这双管板换热器，可不像那些普通的东西，制造起来讲究可多着呢。

我就先从材料说起吧。

这材料的选择就像选媳妇一样，得精挑细选。

你看啊，那钢材得是质量上乘的，表面得光滑得像那刚磨好的镜子似的，不能有一点瑕疵。

我去那材料库看的时候，那管板的材料堆在那儿，每一块都泛着那种金属特有的冷光，就好像在说“我可是很厉害的，选我准没错”。

管板的厚度也有讲究，太薄了可不行，就像纸糊的一样，根本经不住里面那些流体的折腾。

然后就是切割工艺。

那切割师傅站在切割机旁边，眼睛瞪得大大的，就像两颗铜铃，紧紧盯着那材料。

手里拿着操控杆，就跟拿着个魔法棒似的。

机器“嗡嗡”一响，那火花就像过年放的烟花一样四处飞溅。

这切割的尺寸可不能有一点偏差啊，差个一毫米，那这双管板换热器可能就废了。

我就跟那师傅说：“师傅啊，您可得仔细着点儿，这就跟绣花似的，一针绣歪了，这花可就不好看了。

”师傅就咧着嘴笑着说：“放心吧，我心里有数。

”再说说焊接。

焊接那就是把各个部件连起来的关键工序。

那焊接工人啊，戴着个大面罩，只露出两只眼睛，眼睛里透着一股专注的劲儿。

焊接的时候，那焊条就像个小火龙一样，在管板之间穿梭。

焊接的地方得均匀，不能这儿厚那儿薄的。

我在旁边看着的时候，那热浪一波一波地向我扑来，就像要把我烤熟了似的。

我就问那工人：“这热得慌吧？”工人就说：“习惯了，这要是不热啊，这活儿就干不好喽。

”还有那钻孔。

钻孔的时候啊，那钻头就像个小钻头兵一样，朝着管板进军。

每个孔的位置都得精确，就像棋盘上的棋子，得各就各位。

那负责钻孔的小伙子，额头上豆大的汗珠不停地往下掉，他也顾不上擦，就盯着那钻头，生怕出一点差错。

我就在旁边给他递个毛巾，说：“小伙子，擦擦汗，别累坏了。

”小伙子就接过毛巾，胡乱擦了一把，又接着干。

这双管板换热器的制造工艺啊，每一步都像是一场战斗，每个工人都是战场上的勇士，一点一点把这个复杂的东西制造出来。

双管板换热器标准国标引言：双管板换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业。

为了保证双管板换热器的质量和安全性，国家制定了一系列的标准和规范，其中最重要的就是双管板换热器的国家标准。

一、双管板换热器的定义和分类双管板换热器是一种利用板式换热器原理进行热量传递的设备。

它由两个平行的板组成，中间夹有一层密封垫片，通过紧固件将两个板夹紧在一起，形成一个密闭的换热腔。

根据不同的工艺要求，双管板换热器可以分为单面流动式、双面流动式、多级式等多种类型。

二、双管板换热器的国家标准双管板换热器的国家标准是GB/T 151-2014《双管板换热器》。

该标准规定了双管板换热器的术语和定义、分类、基本参数、结构和材料、制造、检验、试验、标志、包装、运输和贮存等方面的要求。

其中，双管板换热器的基本参数包括换热面积、设计压力、设计温度、介质流量、介质压降等。

结构和材料方面，标准规定了双管板换热器的板材、密封垫片、紧固件、支撑件等材料的要求。

制造、检验和试验方面，标准规定了双管板换热器的制造工艺、检验方法和试验标准。

标志、包装、运输和贮存方面，标准规定了双管板换热器的标志、包装、运输和贮存的要求。

三、双管板换热器国家标准的重要性双管板换热器国家标准的制定和实施，对于保证双管板换热器的质量和安全性具有重要的意义。

首先，标准规范了双管板换热器的设计、制造、检验和试验等方面的要求，保证了双管板换热器的质量和性能符合国家标准。

其次，标准规定了双管板换热器的使用条件和安全要求，保证了双管板换热器的安全性和可靠性。

最后，标准的实施可以促进双管板换热器的技术进步和产业发展，提高我国双管板换热器的竞争力和市场占有率。

四、双管板换热器国家标准的应用双管板换热器国家标准的应用范围非常广泛，涉及到化工、石油、制药、食品等多个行业。

在双管板换热器的设计、制造、检验和试验等方面，必须严格按照国家标准的要求进行操作，以保证双管板换热器的质量和安全性。

宴乏妻j ；篓凰，双管板换热器的设计与制造探讨曲斌(沈阳仪表科学研究院，辽宁沈阳110043)c}商要]换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。

本文探讨了双管板换热器的设计与制造问题。

鹾键词]双管板；设计；制造换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一，因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视。

面|f 缶着资源日益枯竭的难题，如何提高设备的使用效率已成为—个迫切的问题。

目前，管壳式换热设备在化工生产中仍占据主要地位，尤其在高温或有腐蚀性介质的作业中更能显出优势。

但多数管壳式换热器达不到制冷要求的现状，因此本文选择双管板换热器为研究对象。

1换热器的分类工业生产中使用的换热器型式很多，而且仍在不断发展。

按使用目的不同，换热器可分为加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。

由于使用的条件和工作的环境不同，换热器又有各种各样的型式和结构。

按传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式3类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。

问壁式换热器种类很多，如夹套式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器、板式换热器、板翅式换热器和列管式换热器，列管式换热器又D H 做管壳式换热器，是目前应用最广泛的一种换热器。

2双管板换热器及其特点简介双管板换热器是在换热器一端设有一定间隙的两块管板或相当于有～定间隙的两块管板的换热器。

在工业应用中，主要在两种环境下采用双管板换热器。

其一是要求百分百防止管壳程间介质混串的场合，这时通常会加排液倒淋装置在内外管板之间的空腔上，使得管壳程介质切实被内外两层管板隔离，方便日常观测和排放内管板的泄露。

其二是在管壳程间介质压差很大的场合，为了喇氏管壳程间介质的压差，—般采取在内外管板之间的空腔中加入某种介质。

目前，单管板换热器最常见，但其在使用中经常出现一些问题，比如垫片螺栓法兰接头密封泄漏外，管板上的管口泄漏，以及焊接裂纹等、单管板换热器管板上的管日泄漏大部分出现在焊接收弧处一焊接收弧时气体未放干净，有砂跟。

双管板换热器制作工艺第一篇：双管板换热器制作工艺双管板换热器制造工艺近年来,本厂成功制造了数台固定管板式和Ｕ形管式双管板换热器。

2003年为上海某公司制造的四氯化碳装置中的急冷器是1台固定管板式换热器,属于第三类压力容器。

换热面积为573ｍ2,其结构见图1,技术参数见表1。

急冷器壳体尺寸Ｄｇ1065ｍｍ×14ｍｍ×5855ｍｍ,材料为16ＭｎＲ。

外侧管板尺寸1210ｍｍ×60ｍｍ,内侧管板尺寸1093ｍｍ×55ｍｍ,材料均为16Ｍｎ(锻Ⅲ)。

总共有1643根19ｍｍ×2ｍｍ×6100ｍｍ的换热管,材料为10号优质碳素钢。

急冷器为双管板结构,具有一定的制造难度,现对其制造工艺进行简要介绍。

双管板结构双管板是目前较新的结构,见图2。

在位于换热管的端部有1块管板,称为外侧管板,兼作设备法兰,分别与换热管及管箱法兰相连接。

在距换热管端部比较近的位置还有1块管板,称为内侧管板,分别与换热管及壳程相连接。

外侧管板与内侧管板之间有一定的距离,用哈呋短节相连,组成不承受压力的隔离腔。

双管板结构的特征是,2块管板把管程与壳程的介质完全分隔开。

每块外侧管板的背面均有和隔离腔相连通的位置对称的2个排泄孔。

内侧管板2背面(与壳体焊接面)有12个拉杆螺孔。

外侧管板1和内侧管板1组成第1组双管板,外侧管板2和内侧管板2组成第2组双管板。

(1)双管板间距隔离腔不与管程、壳程相连通,不承受介质压力,但承受设备的机械载荷与热载荷。

隔离腔的承载能力主要取决于双管板间距。

对固定式双管板进行壳程水压试验时,内侧管板与换热管连接处可能存在泄漏,故在确定双管板间距时必须考虑观察、检漏所需要的最小空间。

图样中的双管板间距为13ｍｍ,根据制造经验,将其调整为50ｍｍ。

(2)内侧管板管孔的胀管槽尺寸内侧管板与换热管的连接质量是双管板结构换热器制造的关键,而拉脱力与密封性能是衡量接头连接质量的主要指标。

双管板换热器的设计与制造换热器是在不同温度物料之间进行热量传递的设备，其主要作用是维持或改变物料的工作温度和相态，满足工艺操作要求，提高过程能量利用效率进行余热回收。

在换热器设备中，管壳式换热器应用最为广泛。

在实际操作中换热器的换热管和管板连接处最容易发生泄漏,从而使壳程物料和管程物料有少许混合,而且这种泄漏目前还没有有效的方法完全防止。

在有些场合,某些泄漏是允许的,但在以下的场合,这些泄漏是不允许的：1）产生严重的腐蚀；2）使一方物料产生严重的污染；3）产生燃烧和爆炸；4）产生固溶化,形成设备的污垢；5）使催化剂中毒,降低或消除催化剂的性能；6）限制另一程的反应；7）使产品不纯。

在这些场合,我们通常采用双管板换热器,以减小泄漏，能有效防止两种物料混合, 从而杜绝上述事故的发生。

所谓双管板换热器就是在换热器一端设有一定间隙的两块管板或相当于有一定间隙的两块管板的换热器。

双管板换热器的结构一般有两种。

一种为固定管板式换热器, 一台换热器共有四块管板。

这种换热器的壳程及管程中两种介质的流动方向为逆流, 其传热系数较高, 传热效果较好。

另一种为U型管式换热器, 一台换热器共有两块管板。

这种换热器有一半管束管内外介质的流动方向为并流, 另一半管束管内外介质的流动方向为逆流, 因此其传热系数较低。

示例：此再沸器为固定管板式的双管板换热器，换热器的管、壳程物料接触后会使物料固化，凝结在管壁上，故选用双管板结构，具体参数如下表：表1 再沸器技术参数名称壳程管程设计压力/MPa 2.7 -0.1最高工作压力/MPa 4.0/-0.1 0.35/-0.1设计温度/ ℃265 230进口工作温度/ ℃236 190出口工作温度/ ℃230 198物料水蒸汽溶剂+顺酐管子与管板连接形式强度胀强度焊+贴胀程数 1 1腐蚀裕度/mm 0 0焊接接头系数0.85 0.85由于此再沸器的管、壳程的操作参数比较高，前期设计制造的再沸器使用后一个月左右就泄漏，无法使用，严重影响生产。