一种管壳式换热器管板开孔排布的CAD画法

第５Ｏ卷第１期　２０１３年２月　化工设备与譬遵　ＰＲＯＣＥＳＳ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＰＩＰＩＮＧ　、，０１．５０　ＮＯ．１　Ｆｅｂ．２０１３　

一种新型管板的结构设计　

卜银坤　

（北京派通电力设备有限责任公司，北京１０２４１３）　

摘要在管壳式换热器和锅壳式锅炉中，大量换热管的进出口会给换热介质的流动增加很多阻力，特别　

是锅壳式锅炉中的烟管，由于伸出部分的冷却不够或较大的热应力（管板设计太厚），还会造成管板裂　

纹；不仅提高了原材料的成本，也大大增加了加工难度和费用，还给运行的安全带来隐患。根据多年的　

锅炉及压力容器设计经验，提出应用最大剪应力强度理论，并借鉴锅壳锅炉有关受压元件的强度计算方　

法和国内外化工机械的先进工艺，按等强度理论，将各种管板设计成高效分流的阶梯形等强度管板。　

关键词锅壳式锅炉；管壳式换热器；厚度计算；最大剪应力强度理论；阶梯形结构；等强度管板　

中图分类号：ＴＱ　０５０．３；ＴＨ　１２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—３２８１（２０１３）０１—００２５—００４　

在管壳式换热器和锅壳式锅炉中，管板是重要　

的受压元件。在管板的结构设计中，大量换热管的进　

口和出口会依其不同形状而给换热介质的流动增加　

不同的阻力，特别是锅壳式锅炉中的烟管，由于伸出　

部分的冷却不够或因为管板设计太厚所引起的较大　

的热应力，还会造成管板裂纹［１－３１使锅炉被迫停炉，　

其危害当然是不言而喻的。　

据此，笔者根据多年的锅炉及压力容器设计实　

践经验，提出应用最大剪应力强度理论，并借鉴锅壳　

锅炉有关受压元件的强度计算方法和国内外化工机　

械的先进工艺，按等强度理论，将各种管板设计成高　

效分流的阶梯形等强度管板。实践证明，该结构具有　

很强的实用性和可行性。　图１　多维曲面管口试块　

Ｆｉｇ．１　Ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍａｐ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｕｒｆａｃｅｓ　ｔｕｂｅ　ｏｒａｌ　ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｂｌｏｃｋ　

科技情报开发与经济　ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００７年第１７卷第２４期　

文章编号：１００５—６０３３（２００７）２４—０２８６—０２　收稿日期：２００７—０５—１３　

管壳式换热器管一管板的连接及失效形式　

宋晓磊，王斌，郑晓娜　

（山西三维集团股份有限公司机修车间，山西洪洞，０４１６０３）　

摘要：针对换热器管板与管子的接头常见的失效问题，分析了引起失效的原因，改变　

传统的连接方式，提出了一种无间隙管板连接的新形式。　

关键词：管壳式换热器；内孔焊接技术；胀焊连接　

中图分类号：ＴＱ０５１．５　文献标识码：Ａ　

在石化和化工设备中的换热器系统中，管壳式换热器以其结构坚　固、可靠性高、适应性强等优点在化工生产和使用中一直占主导地位。但　由于其结构的复杂性和使用条件的多样性，换热器常出现多种形式的失　效。从结构上分析，管束与管板连接处较容易发生失效；从使用工艺参数　分析，腐蚀应力、温差应力、管束的振荡等均会造成换热器的局部或整体　失效。　

１管子与管板的连接形式　

管子与管板的连接处应保证良好的紧密性，防止发生连接处泄漏，　造成热量与产品的损失，甚至危及人身与设备的安全；同时应保证能承　受一定的轴向力，避免管子从管板中脱出。管子与管板传统的连接方法　是胀接、焊接和胀焊并用。　１．１胀接　１．１．１机械滚胀法　使用机械滚胀法连接易使换热管产生过胀或欠胀，换热管内壁易产　

生加工硬化。带槽孔或翻边的结构（见图１）用于抗拉脱能力与密封性要　求较高的场合，不宜在高温下工作。在温差变化作用下，胀接处管子的残　余应力逐渐消失，从而降低了密封性与抗拉脱能力，使换热管与管板的　连接失效。其优点是胀接结构比较简单，便于更换与修补管子，一般适用　条件为压力≤４　ＭＰａ，温度≤３０ｏ℃。　１．１．２液压胀接　液压胀接时应力分布较均匀，具有生产率高、劳动强度低、密封性能　好等特点。液压胀接对管孔及开槽的精度要求特别严格。　１．１．３爆破胀管　利用爆炸时的径向力使管子胀紧，同时利用爆炸时的轴向力将残渣　抛出管外。　１．２焊接　焊接法加工简便，连接强度好，在高温高压时也能保证连接处的紧　密性与抗拉脱能力（见图２）。当连接处焊接之后，管子与管板中存在的　残余热应力与应力集中，可能引起应力腐蚀与疲劳损坏，使管子与管板　连接处失效泄漏。因此施焊时需打磨管端，清理焊接区域的污物，以防止　节点污染。　２－３　

1、 常用的化工工程图样类型

化工工艺图：

1.全厂总工艺流程图或物料平衡图

2.物料流程图

3.工艺管道及仪表流程图

4.设备布置图

5.管道布置图

化工设备图：

1.定型关键设备总图

2.非定型关键设备总图及零部件图

2、图幅的大小、比例的选用

A0、A1、A2、A3、A4、A5

比例的选用：

与实物相同 1:1

缩小的比例 1:1.5 1:2 1:2.5 1:3 1:4 1:5 1:10n

1:1.5×10n 1: 2×10n 1: 2.5×10n 1: 5×10n

放大的比例 2:1 2.5:1 4:1 5:1 10×n:1

3、 视图的选择：

大多数化工设备具有回转体性质，我们在选择主视图的时候常常会将回转体主轴所在的平面作为主视图的投影平面，如常见的换热器、反应釜等。一般情况下，按设备的工作位置，将最能表达各种零部件装配关系、设备工作原理及主要零部件关键结构形状的视图作为主视图。主视图常采用整体全剖和局部部分剖（如引出的接管、人孔等）并通过多次旋转的画法，将各种管口（可作旋转）、人孔、手孔、支座等零部件的轴向位置、装配关系及连接方法表达出来。

选定主视图后，一般再选择一个基本视图。对于立式设备，一般选择俯视图作为另一个基本视图；而对于卧式设备，一般选择左视图作为另一个基本视图。另一个基本视图主要用以表达管口、温度测量孔、手孔、人孔等各种有关零部件在设备上的周向方位。

有了两个基本视图后，根据设备的复杂程度，常常需要各种辅助视图及其他表达方法如局部放大图、某某向视图等用以补充表达零部件的连接、管口和法兰的连接以及其他由于尺寸过小无法在基本视图中表达清楚的装配关系和主要尺寸。需要注意，不管是局部放大图还是某某向视图均需在基本视图中作上标记，并在辅助视图中也标上相同的标记，辅助视图可按比例绘制，也可不按比例绘制，而仅表示结构关系。

设计（论文）题目：

列管式换热器的设计

目 录

1 前 言························································3

2 设计任务及操作条件··············································3

3 列管式换热器的工艺设计·········································3

换热器设计方案的确定··········································3

物性数据的确定················································4

平均温差的计算················································4

传热总系数Ｋ的确定············································4

传热面积A的确定··············································6

主要工艺尺寸的确定············································6

管子的选用·················································6

管子总数n和管程数Np的确定··································6

校核平均温度差tm及壳程数Ns·································7

传热管排列和分程方法········································7

壳体内径··················································7