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管壳式换热器结构设计与强度计算中的重要问题
管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业。
其结构设计和强度计算是确保换热器正常运行和安全使用的关键问题。
以下是管壳式换热
器结构设计与强度计算中的几个重要问题。
1. 密封性问题：管壳式换热器在工作过程中需要承受高压和高温条件，因此密封性
是一个关键问题。
换热器的密封结构设计需要考虑管板与壳体、管束与壳体之间的密封方式，以及密封材料的选择和安装。
合理设计密封结构可以避免泄漏和氧化等问题，确保换
热器的安全运行。
2. 材料选择问题：管壳式换热器的材料选择与工作条件密切相关。
在设计过程中需
要考虑到介质的性质、温度、压力等因素，选择合适的材料以确保换热器的强度和耐腐蚀性。
常用的材料有不锈钢、碳钢、铜、镍合金等，不同材料的强度和耐腐蚀性有所不同，
需要根据具体情况进行选择。
3. 管束设计问题：管束是管壳式换热器的核心部件，其设计与强度计算是重点问题。
在设计过程中，需要确定管束的数量、布置方式、管子的直径和壁厚等参数。
强度计算需
要考虑到管子受压和受弯等力学性能，以及焊缝的强度和热应力等因素。
合理设计和计算
可以确保管束的结构强度，提高换热效率和使用寿命。
管壳式换热器结构设计与强度计算中的重要问题主要包括密封性问题、材料选择问题、管束设计问题、管板设计问题以及强度计算问题。
合理解决这些问题可以确保换热器的结
构强度和安全性，提高换热器的使用效果和使用寿命。
分析影响换热器设计的制约因素并解释其具体影响方式和
具体解决方
1、环境温度：换热器外部的环境温度直接影响换热器的蒸发或冷凝温度，直接决定换热器管内外的温差，换热器温差越大，则换热能力越大。
2、环境湿度：制冷时室内湿球温度对冷量的影响很大，正常情况下，环境湿度越高，换热器换热效果越好。
3、通风量、风速：一般情况下风量越大、风速越高，换热能力越强，换热效率越高，但同时产生的噪音也越高，所以需要根据性能指标要求合理确定风量。
室外风量选择同样存在换热能力与噪音的矛盾，一般情况下单排换热器迎风面积相对较大，风量较大。
4、压缩机能力：换热器的换热能力与压缩机能力成正比，压缩机排量大，制冷剂在系统中的循环量大，会加快换热器管内制冷剂的流速，提高管内侧换热效率。
但如果用大马拉小车，则成本上升、EER下降，有点得不偿失，一般不提倡，仅适用换热器过小补偿。
管壳式换热器设计中应注意的几个问题白建涛（中石油东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林省吉林市132002）摘要：本文对在换热器设计中，我们图纸中经常出现的错误和问题进行了简要的总结。
关键词：管壳式换热器；设计；问题Several problem shall we to take care of on tubular exchanger designBAI Jian-tao（PetroChina of Northeast Refining & Chemical engineering Co. Ltd Jilin Design Institute Jilin 132002, China）Abstract: The paper is a summary of several mistakes and problems that often appeared on tubular exchanger drawing.Keyword:tubular exchanger; design; problem在换热器设计中，设计者虽然以GB151—1999《管壳式换热器》作为管壳式换热器的设计依据，但常常会忽视标准规范中的某些说明而导致设计不正确或不合理，从而影响设备的安全可靠性。
下面就几种我们图纸中常出现的问题，提醒设计者在设计工作中引起重视。
1.换热器类别的确定以及相关的技术要求《固定式压力容器安全技术监察规程》A1.3.2规定：多腔压力容器（如换热器的管程和壳程、夹套容器等）按照类别高的压力腔作为该容器的类别并且按该类别进行使用管理。
但应按照每个压力腔各自的类别分别提出设计、制造技术要求。
2.换热器管程设计压力大于壳程设计压力时，壳程试验压力的选取问题当管程设计压力大于壳程设计压力时，为了检查管子与管板连接的严密性，壳程的试验压力可按下面的几种方法处理，应在技术特性表或技术要求中提出：(1)提高壳程的试验压力等于管程试验压力。
分析影响换热器设计的制约因素并解释其具体影响方
式和具体解决方
换热器内空气未排出：该换热器本体未设计管程、壳程高点放气阀，这样在一定程度上会影响换热效果。
为了减少影响，我们在整个供热系统的供、回水管路的最高点装有放气阀，在运行初期系统充水时以及运行中都要进行不定期放汽，尽量减少系统内存在空气影响换热效果。
换热器内存在结垢现象：换热器结垢，将会对换热器的换热效果产生很大的影响，造成换热系数降低，换热效率大大降低，出口水温低。
为避免换热器结垢，我们在选择换热器时，专门选择了双纹管式换热器，该换热器换热管的特殊结构，使水在管内流动呈紊流状态，流速较高，不易结垢。
水路堵塞：换热器水路堵塞会使流经换热器循环水量减少，造成换热器水路出水与进水温差大、压差大，疏水温度高。
疏水不畅：该系统在运行中存在凝结水排水不畅的现象，换热器内水位经常到高限，必须要开旁路进行疏水，否则换热器内水位升高，汽侧汽压升高，造成加热器汽侧安全阀起跳。
这种情况的存在，使运行人员只能减少进汽量，并长期开旁路运行，这样大大降低了该换热器的换热效率。
浅谈换热器设计的一些结构和强度问题雷 勇 余子豪 中国成达工程有限公司 成都 ６１００４１摘要 本文结合标准对换热器的部分常见设计问题（例如防短路挡板的设置位置、防冲板的设置条件、换热器进出口的流通面积计算以及法兰的设计等）进行分析总结，给换热器的工程设计提供一定参考。
关键词 压力容器 换热器 结构设计 强度计算雷勇：高级工程师。
２００３年毕业于南京工业大学过程装备与控制工程专业。
主要从事压力容器设计工作。
联系电话：０２８ ６５５３０５２３，Ｅ ｍａｉｌ：ｌｅｉｙｏｎｇ＠ｃｈｅｎｇｄａ ｃｏｍ。
《热交换器》ＧＢ／Ｔ１５１－２０１４［１］是管壳式换热器的设计、制造、检验等方面的通用标准。
本文针对运用该标准进行换热器设计时遇到的部分常见问题进行分析总结，给换热器的工程设计提供一定的参考。
１ 防短路结构根据ＧＢ／Ｔ１５１－２０１４要求，短路宽度超过１６ｍｍ时应设置防短路结构，折流板缺口间距小于６个管心距时设置一对旁路挡板，超过６个管心距时每５～７个管心距增设一对旁路挡板；分程隔板槽背面或Ｕ形管式换热器管束中间每隔４～６个管心距设置１根挡管。
为起到防短路的作用，以上挡板均应设置在折流板重叠区，见图１；不应设置在折流板缺口区，见图２。
２ 防冲板设置防冲板的作用是防止进入换热器的流体对换热管直接产生冲蚀、腐蚀作用。
通常气液混合物的冲蚀能力比气体或液体的冲蚀能力更强，在气液混合物中，气体的流速比较快，液滴夹杂在气体里对于设备表面冲击力就比较大［２］。
对金属表面产生的磨蚀通常来自于液体或者夹杂着固体的气固混合物。
由于腐蚀流体和金属表面间的相对运动，引起金属的加速破坏或腐蚀，这类腐蚀常与金属表面上的湍流强度有关。
湍流使金属表面液体的搅动比层流时更为剧烈，使金属与介质的接触更为频繁，故通常叫做湍流腐蚀。
湍流腐蚀实际上是一种机械磨耗和腐蚀共同作用的结果［３］。
图１ 旁路挡板设在折流板重叠区图２ 旁路挡板设在折流板缺口区磨蚀的外表特征是槽、沟、波纹、圆孔和山谷形，还常常显示有方向性。
换热器运行故障分析与解决方案一、引言换热器是工业生产中常用的设备之一，用于传递热量。
然而，在使用过程中，换热器可能会浮现故障，影响其正常运行。
本文将对换热器运行故障进行分析，并提出相应的解决方案。
二、故障分析1. 故障现象在换热器运行过程中，可能浮现以下故障现象：- 温度异常：换热器出口温度异常升高或者降低。
- 压力异常：换热器压力升高或者降低。
- 流量异常：换热器流量不稳定或者无法正常流通。
- 噪音异常：换热器发出异常噪音。
2. 故障原因根据故障现象，可能的故障原因如下：- 换热介质问题：换热介质流量过大或者过小，导致温度、压力异常。
- 换热管道阻塞：换热管道内积聚了污垢，导致流量异常。
- 换热器泄漏：换热器密封不良，导致换热介质泄漏，温度、压力异常。
- 换热器设计问题：换热器设计不合理，导致流量、温度、压力异常。
- 换热器材料老化：换热器材料老化导致泄漏或者性能下降。
三、解决方案1. 检查换热介质流量首先，检查换热介质流量是否符合设计要求。
如果流量过大或者过小，可以通过调整流量阀门或者更换合适的泵来解决问题。
2. 清洗换热管道如果换热管道浮现阻塞，可以采取以下措施进行清洗：- 使用化学清洗剂：选择适合的化学清洗剂，按照说明书进行清洗。
- 高压水冲洗：使用高压水进行冲洗，清除管道内的污垢。
3. 检查换热器密封性能如果换热器存在泄漏问题，可以采取以下解决方案：- 更换密封件：检查密封件是否老化或者破损，如有问题及时更换。
- 调整紧固螺栓：检查紧固螺栓是否松动，适时进行紧固。
4. 重新设计换热器如果换热器存在设计问题，可以重新设计或者更换合适的换热器。
在设计过程中，需要考虑流体性质、流量、温度、压力等因素，确保换热器能够正常运行。
5. 更换老化材料如果换热器材料老化，可以考虑更换新的材料，提高换热器的性能和使用寿命。
四、结论通过对换热器运行故障的分析，我们可以采取相应的解决方案来解决故障。
在实际操作中，需要根据具体情况进行判断和调整，确保换热器能够正常运行。
热传导与换热器设计中的热损失分析热传导是热能从高温物体传递到低温物体的过程，它在换热器设计中起着重要的作用。
换热器是一种用于传递热能的设备，广泛应用于工业生产和日常生活中。
然而，在换热器的设计和运行过程中，热损失是一个不可忽视的问题，它会导致能量浪费和效率降低。
热损失是指热能在传递过程中由于不完全的隔热而散失的现象。
在换热器中，热损失可以发生在多个环节，包括管道、壳体、密封件等。
首先，管道是热能传递的主要通道，但由于管道的材质和结构，热能在传递过程中会发生一定的损失。
其次，壳体是包裹管道的外壳，它的隔热性能直接影响热损失的大小。
最后，密封件是连接管道和壳体的关键部件，如果密封不严，会导致热能泄漏。
为了减少热损失，换热器的设计需要考虑多个因素。
首先，选择合适的材料是关键。
热传导是材料的基本特性，不同的材料具有不同的热传导系数，选择热传导系数较低的材料可以减少热损失。
其次，优化换热器的结构也是一个重要的方面。
例如，在管道的设计中，增加管道的直径可以增加热传导的面积，从而提高换热效率。
此外，合理设计壳体的厚度和形状，以及选择合适的密封件，都可以减少热能的泄漏。
除了设计上的考虑，换热器的运行条件也会影响热损失的大小。
温度差是影响热传导的关键因素之一，温度差越大，热传导越快，热损失也就越大。
因此，在实际运行中，需要合理控制温度差，以减少热损失。
此外，换热器的维护和保养也是降低热损失的重要环节。
定期检查管道和壳体的密封性能，及时更换老化的密封件，可以有效减少热能的泄漏。
在实际应用中，我们还可以采用一些辅助措施来降低热损失。
例如，可以在管道和壳体的外部加装隔热层，以增加隔热效果。
此外，利用流体力学的原理，可以通过改变流体的流速和方向，来增加热传导的面积，从而提高换热效率。
这些辅助措施虽然会增加一定的成本，但可以有效降低热损失，提高换热器的效率。
总之，热传导与换热器设计中的热损失是一个复杂而重要的问题。
通过选择合适的材料、优化结构、控制运行条件和采取辅助措施，可以有效降低热损失，提高换热器的效率。
换热器设计中的常见问题分析
作者：陈泽垄
来源：《山东工业技术》2017年第12期
摘要：换热器是一种在物料间实现传递热量的节能设备，将热量通过高温流体传递给低温流体，从而使设备整体流体温度达标后应用于多种产业中。
本文针对换热器在应用中常见的几个问题做出分析，并且相继提出改进措施，主要以管壳式换热器为例进行探讨。
关键词：管壳式换热器；设计；措施
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.020
0 引言
换热器用途广泛，实用价值强，已经在多种领域中形成产业链条，主要运用在石油、化工、能源及各种轻工业中。
专家在设计换热器中会过度依赖计算机给予的计算结果，从而忽略了其过程，导致设计中出现错误，下面针对设计中常见的问题进行简要分析解决，保障其质量。
1 换热器的基本介绍
换热器有很多种类型，有管板式，浮头式和U形管式等，因其构造不同，其使用特点和发挥的作用也大不相同，其主要以常见的管壳式换热器为多，在生活应用中高达70%。
在整体设计中既要考虑材质的结构和压力等问题，还要考虑到它的供热和清洗条件以及检修方面等多种问题。
设计管壳式换热器时注重实现其低成本高效益的社会价值，在成本制造上具有多重优势，足够的选材范围，能够承受高温高压并且结构优化等。
只有不断完善其结构设计才能保障其长期安稳运行。
2 换热器设计中的常见问题
（1）管、壳程试验压力的选取。
首先，在管程设计中，设计者应当注意换热器管程设计压力与壳程设计压力的平衡，设计者不应在其压力值相差变大的情况下仍然照常进行。
比如当管程试验压力大于壳程试验压力时，设计者应该提高壳程试验压力使之与管程试验压力相平衡，进行此项试验时，应该首先核对壳体的压力值必须低于所有材料在试验温度下90%的弯曲度，然后运用处于换热管和管板间的焊接接头重新进行检测。
如果以上方法还是不能使压力差得到平衡，如果压力差略小时，应该考虑对壳程壁的厚度做出调整，适当增厚。
（2）分程隔板槽面积。
计算管板时需要得知隔板槽的面积，大多设计者直接用计算机得出板槽面积，这会与规定度面积产生差异。
并且，分程隔板槽面积不是简单地指隔板槽面积，而是在隔板结构中没有被热换管所支撑到的面积。
（3）管板计算中，管壳程平均温差的取值。
进行管板设计时也会要求得出壳程金属的平均温度和换热管的平均温度，这两个重要数据会直接影响到计算结果。
大多设计者会认识不到两者区别的重要性，通常会随意选取其中间值，其实这是错误的。
会严重影响到计算结果。
计算平均温差时应当根据该换热器的进出口温度进行计算，否则会影响管板温度。
（4）流体的进入方式。
运用双城换热器进行冷却时，通常对冷凝后的溶媒进行进一步冷却，所以导致设计者忽视其流体流入方式的区别，它们认为先并流后逆流方式和先逆流后并流方式都属于逆流方式。
实际上，流体进入方式大多是先并流后逆流。
如下图中，当冷流体终温靠近热流体初温时，或许会超过热流体终温。
由此，热用率高同时不会产生交叉；倘若运用先逆流后并流方式很容易产生温度交叉，容易出现反导热现象，因为冷流体的温度超过热流体终温时会影响平均温度降低，热利用率也会随之降低。
这种情况发生的概率确实不大，但是一旦发生这种特别现象将严重影响传热进程，无法达到预期冷却效果，设计者应当时刻注意这个特别问题。
（5）U形管热换器中U形管的设计。
众多热换器中只有U形管热换器具有适应高温、高压、高温差的特性。
所以，对U形管的构造要求也比较高，尤其要重视U形管的支撑作用，对其弯管部分也要特殊设计，因为U形管弯曲后其外侧会变薄，但是得注意不能小于直管段壁厚值。
此外，当U形管内物质流速变快或者有杂质时，应该及时加厚半径较少的管壁。
当管内有严重腐蚀时，应该立即对U形管相关部分管道进行处理。
3 换热器设计中采取的措施
（1）当管程与壳程的压力差很大时，首先应该检测其各自的压力值是否合格，其次对壳程进行调节。
如果还未达到平衡，并且压力值无法调整时，可以考虑适当加厚壳程壁的厚度。
（2）在换热器设计过程中对水压的测试建议选择JB-T10523-2005标准，因为可以承受超过设备水压的最大值，但是使用GB 6479-2000标准时就会因为无法承受水压最大值而发生意外，所以，谨记应当选择JB-T10523-2005标准。
（3）根据不同类型的热换器，应当选择合适的折流板，比如卧式换热器就应该选择弓形折流板，因为其缺口位置是左右依次摆列，正符合其构造。
其余大多热换器，就应该选择弓形折流板中缺口位置是上下依次排列的。
（4）对于以下两种情况，管箱在其施焊后应当及时进行消除应力的热处理：a 管箱中运用到低碳、低合金钢制的分程隔板b管箱中侧向开孔超过1/3圆筒管内径。
（5）设计者应当选择较小直径的壳体，因为直径越小，管子的排列数也会减少，同时流体的流速会变大，因此影响传热系数提高，压降变大，这样成本也会随着降低。
（6）设计文件中应当提出相应的检修意见，这样可以延长换热器的有效使用期限，同时也提高其安全可靠性，不管改善的过程中，实现更高标准。
（7）总而言之，设计者在设计过程中应当按照严格正确的要求计算各种参数，运用精确的计算软件进行计算，时刻考虑到其误差区域，重视过程中容易忽略的细节，提高工作效率，避免不必要的错误产生。
4 结束语
换热器在生活中应用广泛，所以完善其设计质量对促进工业经济发展有着积极作用，本文以管壳式换热器为重点，设计者应注重实现低成本，高效益的热换器，主动去了解使用者的要求，结合同行资料，并与相关人员积极探讨，工作中严格按照标准要求，认真对待每一个细节，不断改进。
最后希望设计者以此为鉴，反思自我，提高自身专业技能和职业素养，不断完善热换器的功能，使其发挥最大的社会价值。
参考文献：
[1]丁玉龙，王娟.管壳式换热器设计相关问题的分析研究[J].广东化工，2014（10）.
[2]黄伟昌，王玉.管壳式换热器设计要点综述[J].管道技术与设备，2015（06）.
作者简介：陈泽垄（1990-），男，江苏江阴人，学士，助理工程师，主要研究方向：换热器设计。
