多管程换热器分程隔板密封结构优化设计

优化设计的多孔挡板改善管壳式换热器的管程进口流量分布文摘多孔板的优化研究,提高流量分布在管壳式换热器的管程进行使用数值和实验方法。

第一个假设在多通道的设计阶段热交换器是一个甚至流分布在多通道。

然而,这种假设通常是不支持在现实情况。

实验研究首次证实的有效性进行多孔挡板改善流分布在管壳式换热器的管程。

结果表明,挡板可以很大程度上减少分布不均。

然后我们进行数值优化多孔挡板的形状。

优化多孔板的曲率和圆孔的分布板使用数值方法确定。

优化结果表明,面积加权平均绝对误差的流量优化挡板下降到三分之一的样机挡板模型。

验证的数值优化,优化挡板的流场测量。

虽然有一些实验和数值结果之间的差异,结果表明,使用流分布优化模型样机的价格相比在很大程度上改善多孔挡板。

关键字∙壳管式热交换器;∙数值优化;∙粒子图像测速技术显现的;∙多孔板命名法X在轴向位置(毫米)维圆孔的直径(毫米)维管的内径(毫米)维我喷嘴直径(毫米)问流量(升分钟)R弧半径(米),沿径向样本点的位置再保险雷诺数一个区(米2)V速度(cm / s)面积加权平均绝对误差的流量R多孔板的曲率半径(米)l圆孔的中心之间的距离和挡板的中心(毫米)N数量的样本点15000和证实,意味着流动特性没有改变,可以推断。

图1(b)显示的坐标系统和几何图形的头和插入挡板的位置。

位于挡板X/维=−7,维管直径。

图1。

原理图的实验装置和仪器。

图选项原型挡板设计基于知识的设计的挡板。

30%的价值选择的孔隙度挡板避免分离挡板的背后的泡沫正在形成[8]。

挡板的圆孔直径5、8、10毫米沿径向方向。

挡板的中心(R= 20 mm)有0%的孔隙度,使其功能作为冲击板。

一般来说,管包不是轴对称分布的和有更多的管平面平面的垂直平面。

两个CCD摄像头像素的分辨率为1.6×1.2 K同步Nd:YAG激光是用来捕获流动图像。

400年总瞬时速度向量场测量和ensemble-averaged获得他们的属性。

小直径多管程换热器管箱分程隔板的研制吴贤春【摘要】四川科新机电股份有限公司2017年承制的某化工公司20万t/a聚碳酸酯项目中,有一台单壳程多管程的固定管板换热器,该换热器直径小、管程多,分程隔板布局紧凑,分程隔板焊接困难不易制造.对该换热器管箱分程隔板的结构及其特点进行分析,优化了分程隔板的结构形式以满足焊接需求.通过对小直径、多管程换热器的研制表明,在保证质量和安全性能的前提下,通过对设计结构的优化,制造方案的合理化,是完全能够实现小直径、多管程换热器的研制,同时也为其他类似因分程隔板结构原因难于焊接的管箱提供了改进经验.【期刊名称】《化肥设计》【年(卷),期】2019(057)002【总页数】3页(P14-16)【关键词】换热器;小直径;多管程;管箱;分程隔板【作者】吴贤春【作者单位】四川科新机电股份有限公司,四川什邡 618400【正文语种】中文【中图分类】TE965四川科新机电股份有限公司(以下简称四川科新)2017年承制的某化工公司20万t/a聚碳酸酯项目中，有一台单壳程多管程的固定管板换热器，该换热器直径小、管程多，分程隔板布局紧凑，分程隔板焊接困难不易制造。

为了增加管壳式换热器流体流速，提高给热系数，通常将管程分为多程。

研制的管壳式换热器为了达到上述目的，将管程分为了10程，其结构见图1。

图1 管壳式换热器结构1 管箱分程形式的选择由于本次设计的换热器内直径仅为450 mm，为实现10管程，管程分程采用图2所示的分程隔板布置形式。

图2 管箱分程布置形式2 分程隔板的设计2.1 常规设计换热管(规格φ20×1.6)采用26 mm的中心距，按10管程并遵循每一程中的换热管数量大致相等的原则在管板上布管(见图3)。

对应的分程隔板间距应和管板上的隔板槽距离一致。

图3 前端管板隔板槽结构该换热器前/后端管箱外均设置了保温夹套，前端管箱进出口接管大小为DN80 mm(内筒)×125 mm(夹套)，由于设置接管的空间需要，管箱内筒设备法兰密封面至封头的最大深度为563 mm。

一个比较有价值的换热器分程密封结构——带纵向隔板的换热器的壳程密封结构改造许木桂【摘要】带纵向隔板的换热器的壳程密封结构是国际上比较普遍使用的设备.【期刊名称】《科技创新导报》【年(卷),期】2010(000)021【总页数】1页(P114-114)【关键词】换热器;泄露;密封结构【作者】许木桂【作者单位】东洋工程(上海)有限公司,上海,200120【正文语种】中文【中图分类】TG115.28一般来说,如果管壳式换热器的壳程需设纵向隔板,而其内部空间不足以让焊工在里面对纵向隔板与壳体之间的密封焊缝进行焊接,且工厂的设备也不能满足施焊要求,按GB151-1991 5.12.3及图-46的建议,有不锈钢弹簧压片式结构和导向槽式结构,这也是国内比较熟悉及经常使用的结构。

但由于GB151-1991上的推荐结构缺少细节,同时缺少其他有关的详细资料,因此,在实际的国内制造厂的产品上,结构也是千差万别,有些甚至由于设计的不合理而导致设备满足不了生产的要求。

1 目前,国际上通行的成熟的密封结构有本不锈钢弹簧压片式结构--“LAMIFLEX”--其结构采用8片,每片厚度为0.125mm,或5片,每片厚度为0.2mm,总厚为1mm的材料为不锈钢的压片式结构。

压片位置设在压力较高的一侧,在使用时,由于压差的作用,压片将紧紧压在壳体内壁,从而起到密封的效果。

另,此结构由间隔为100mm的螺栓固定在纵向隔板上,各螺栓采用点焊固定。

减少了变形和振动的影响。

延长了使用寿命和可靠性。

外部焊接结构--作为尺寸较小而无法在里面进行施焊时,一般把焊缝设在外面。

其有两种做法,一是隔板延伸到外侧,壳体与隔板的角焊缝在外面施焊。

二是隔板不延伸,其与壳体的密封焊缝安排在里面,焊完后,再焊接两半壳体的合拢缝。

但由于经验及制造难度等的原因,焊接结构并没有被国内工程界所熟悉及使用。

原因如下: (1)采用焊接结构时,壳体在制造时,需从分程隔板处分为2半,这是传统的制造方式的颠覆。

高压换热器密封结构的设计摘要：换热器广泛应用于石油、化工等多个行业，在其运行的过程中，需要全面合理的设计才能达到密封、换热等效果，满足工业运行及生产等多个条件。

密封结构的设计尤为重要，按照我国现行标准，普通密封法兰和垫圈设计可以满足换热器本身的操作要求。

但随着部分装置规模的不断大型化，换热器也向着高参数化发展，呈现出大直径、高温、高压的参数特征。

因此，高温高压换热器密封结构的优化设计十分值得学习与探讨。

关键词：高压换热器；密封结构；设计引言高温高压换热器作为装置中的重要组成单元，需要保证其高效平稳的运行，因此在设计密封结构的过程中，要优先考虑设备的安全性与经济性。

高温高压换热器自身密封结构性能的良好与否，会直接影响到换热器在运行过程中的安全性，而设施自身的经济性，则需要通过设计与选用方案或密封结构的优化来保障。

本文对高温高压换热器上广泛使用的金属环密封结构、Ω环密封结构、螺纹锁紧环密封结构和隔膜密封结构进行了分析，以提供参考。

1高温高压换热器密封结构的特点上述四种高温高压换热器密封结构具有以下特点。

（1）金属密封环结构中的八角垫或椭圆垫密封结构组成相对简单，且技术较为成熟，对于在压力和直径方面设计要求相对不高的换热器而言，是一种可以优先选择的密封结构形式；（2）Ω环密封结构简单且不易泄露，整体造价较低，如果介质具有腐蚀性，为确保在维修周期中Ω环密封结构不会因腐蚀而受损，需要对其材质进行合理的升级；（3）螺纹锁紧环密封结构复杂却也紧凑，换热器本体体积小，多采用双壳程双管程的结构，换热效率高于其他密封结构。

且该密封结构为双密封，外部由螺纹代替主螺栓，内部由分合环、分程箱和管板逐级压紧密封，如在运行过程中泄露也不需要停车检修，紧固压紧螺栓即可达到密封要求；（4）隔膜密封结构与螺纹密封结构相似，相同体积下重量低于螺纹密封结构，具有易拆卸，加工精度要求低，密封简单不泄露的优点，适用于高压加氢装置。

本文依序对这四种密封结构进行介绍与分析。

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪殏殏殏殏经验交流文章编号：１０００ ７４６６（２０２０）０２ ００６３ ０４　多管程管箱法兰密封性能探讨郑　意１，贺　鹤１，武建文２，钟建华３（１．上海蓝滨石化设备有限责任公司，上海　２０１５１８；２．甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州　７３００５０；３．中国石油乌鲁木齐石化分公司，新疆乌鲁木齐　８３１４００）摘要：采用金属包垫的多管程管壳式热交换器在进行耐压试验时经常发生管箱法兰密封泄漏现象。

对多管程管箱法兰的密封结构进行分析，认为造成泄漏的主要原因是分程隔板加强了管箱法兰的刚度，使得垫片在分程隔板作用范围内的接触面积增大，导致计算的预紧力无法满足实际所需的预紧力。

对多管程管箱法兰的密封修正计算方法进行探讨，认为采用Ｗａｔｅｒ算法设计多管程管箱法兰存在局限性。

为提高密封性能，在进行多管程管壳式热交换器密封设计时应优先考虑采用垫片参数较小的柔性石墨波齿复合垫片。

关键词：管壳式热交换器；密封性能；多管程；管箱法兰中图分类号：ＴＱ０５１．５０３；ＴＥ９６５．０３ 文献标志码：Ａ　犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００ ７４６６．２０２０．０２．０１２犇犻狊犮狌狊狊犻狅狀狅狀犛犲犪犾犻狀犵犘犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲狅犳犕狌犾狋犻 狋狌犫犲犆犺犪狀狀犲犾犉犾犪狀犵犲犣犎犈犖犌犢犻１，犎犈犎犲１，犠犝犑犻犪狀 狑犲狀２，犣犎犗犖犌犑犻犪狀 犺狌犪３（１．ＳｈａｎｇｈａｉＬａｎｂｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１５１８，Ｃｈｉｎａ；２．ＧａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ；３．ＵｒｕｍｑｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ，ＣＮＰＣ，Ｕｒｕｍｑｉ８３１４００，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｅｓｔｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ ｐａｓｓｔｕｂｕｌａｒｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓｗｉｔｈｍｅｔａｌｇａｓ ｋｅｔｓａｔｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｆｌａｎｇｅ，ｌｅａｋａｇｅｗａｓｖｅｒｙｃｏｍｍｏｎ．Ｔｈｅｓｅａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ ｐａｓｓｃｈａｎ ｎｅｌｆｌａｎｇｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｆｏｒｍｉｎｇｍａｃｈｅｎｉｓｍｗａｓｃｏｍｆｉｒｍａｓｔｈｅｍａｉｎｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｌｅａｋａｇｅ．Ｔｈｅｒｉｇｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｆｌａｎｇｅａｔｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｉｓｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｂｙｔｈｅｐａｒｔｉｔｉｏｎｐｌａｔｅ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｃｏｎｔａｃｔａｒｅａｏｆｔｈｅｇａｓｋｅｔｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｐａｒｔｉｔｉｏｎｐｌａｔｅ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅｐｒｅｔｅｎ ｓｉｏｎｆｏｒｃｅｎｏｔｍｅｅｔｉｎｇｔｈｅａｃｔｕａｌｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎｆｏｒｃｅｒｅｑｕｉｒｅｄ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｓｅａｌｉｎｇｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ ｐａｓｓｃｈａｎｎｅｌｆｌａｎｇｅｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｉｎｕｓｉｎｇｔｈｅＷａｔｅｒａｌ ｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｈａｎｎｅｌｆｌａｎｇｅｗａｓｆｏｕｎｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅａｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ，ｔｈｅｃｏｒｒｕｇａｔｅｄｆｌｅｘｉｂｌｅｇｒａｐｈｉｔｅｇａｓｋｅｔｗｉｔｈｓｍａｌｌｅｒｇａｓｋｅｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｈｏｕｌｄｂｅｇｉｖｅｎｐｒｉ ｏｒｉｔｙｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ ｐａｓｓｓｈｅｌｌａｎｄｔｕｂｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｈｅｌｌａｎｄｔｕｂｕｌａｒｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｓｅａｌｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｍｕｌｔｉ ｔｕｂｅ；ｃｈａｎｎｅｌｆｌａｎｇｅ 管壳式热交换器是目前石油化工行业中应用最广的热交换器，但受结构特点及使用工况多元化的影响，使用中常发生泄漏。

U形管换热器管板的优化设计1概述管壳式换热器换热是为了实现物料之间的热量传递过程的一类设备，它在化工、能源、动力医药装置设备中应用最为广泛 ,因为管壳式换热器的结构非常坚固 ,并且能够选择多种材料进行制造 ,所以适应能力极强 ,尤其是在高温、高压和大型装置中得到了普遍性的应用。

【1】在管壳式换热器的各种型式中，U形管式换热器具有结构简单紧密、密封性能好、金属消耗小、制造价格低、热补偿性好、承压能力强等诸多优点，适用于高温、高压等工况。

U形管换热器的结构设计须要考虑材料、温度、压力、结垢情况、壁温差、流体性质以及检修与清理等多种因素，综合上述因素才能考虑来设计其结构形式。

[2]1-分程隔板；2-管箱；3-筒体；4-纵向隔板；5-U 形管；6-椭圆封头；7-拉杆；8-定距环； 9-折流板；10-支座；11-管板图1 U型管换热器结构图2换热器管板分析方法的发展世界上每个国家都有自己的管壳式设计规范，我国目前通用的是 99 年修订过的GB151-1999《管壳式换热器》。

国际上比较早出现的管板设计规范是美国的管壳式换热器制造商协会(TEMA)标准,虽然计算公式简单,但是适用范围和计算精度都有比较大的限制。

【3】前人对管板的研究以及各国的规范大多都采用等效板理论,这种方法在管板的实际设计中得到了非常广泛的应用"但是等效板法以弹性薄板理论为基础,用于厚管板分析的时候可能会存在较大的偏差;同时,各国的范都是基于管板载荷与约束均具有轴对称性而导出来的,实际上除了单管程和单壳程换热器的管板外,其余种类换热器管板都不可能满足这个条件;另外,采用无孔等效板还不能准确的模拟管板上温度场,尤其是在采用胀接与管子连接的同时,对管板温度场有重要的影响。

【4】计算机技术突飞猛进的发展使的有限元数值分析法在管板设计与研究上的应用成为了一种可能，该方法的最大优点就是可以充分的模拟管板的真实结构,和真实的载荷边界条件,而不受到管板厚度或者其他结构形式的限制和影响,所以越来越受到重视。

引用格式：任智宏．热管锅炉隔板密封结构探讨及优化设计［Ｊ］．石油化工腐蚀与防护，２０２０，３７（４）：２９ ３１． ＲＥＮＺｈｉｈｏｎｇ．ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎａｎｄＤｅｓｉｇｎＯｐｔｉｍｕｍｏｆＤｕｍｍｙＰｌａｔｅＳｅａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＨｅａｔＰｉｐｅＢｏｉｌｅｒ［Ｊ］．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＆ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，２０２０，３７（４）：２９ ３１．热管锅炉隔板密封结构探讨及优化设计任智宏（中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳４７１００３）摘要：针对热管锅炉隔板密封的特点，系统介绍了其密封技术和密封结构设计。

目前采用的传统密封结构均存在密封不严、检修困难等问题，造成装备腐蚀并影响其安全性。

提出了一种密封更加严格的新型套管焊接密封结构，通过严格密封可以有效解决冷热流体泄漏造成的能量流失和腐蚀问题，同时保证了装备在高温高压下的安全稳定运行。

对新型密封结构的特点及传热特性进行了分析，为今后高温高压热管锅炉隔板密封的设计和制造提供了新思路。

关键词：热管锅炉；隔板密封；烟气腐蚀；结构设计收稿日期：２０２０ ０３ ２５；修回日期：２０２０ ０４ ２９。

作者简介：任智宏（１９８０—），男，高级工程师，主要从事石油化工采购管理和工程设计。

Ｅｍａｉｌ：ｒｅｎｚｈ．ｌｐｅｃ＠ｓｉｎｏｐｅｃ．ｃｏｍ 随着节能减排工作的深入推进，热管作为一种高效传热元件得到了广泛应用。

热管式锅炉以其特有的优势，在余热回收、低品位热能利用等方面发挥了重要作用。

隔板密封结构是热管中间隔开冷、热流体通道的密封装置。

由于热管管外一般带有强化传热的翅片，因此热管与隔板之间的密封结构便成了热管锅炉的一个设计难点，其密封效果对锅炉性能及可靠性有重要影响。

关于隔板密封，国内外都进行过大量的研究，提出了许多密封形式，但均存在密封不严、拆装不便、造价高及需要专用模具等问题，在一定程度上限制了热管式换热器的广泛应用。

板式换热器结构拓扑优化
板式换热器结构拓扑优化涉及到对换热器内部结构的设计和布局进行优化，以提高换热效率和性能。

下面是一个详细的步骤：确定目标和限制条件：首先，明确优化的目标，例如提高换热效率、减小压降或成本等。

同时，需要考虑到现有的限制条件，例如可用空间、材料成本、制造难度等。

定义设计变量：根据换热器的特性和设计要求，定义合适的设计变量。

这些变量可以包括板片的几何参数（例如长度、宽度、厚度）、板间距、流道形状等。

建立数学模型：使用合适的数学模型描述换热器的换热性能。

这可以包括传热方程、流体力学方程以及与换热器相关的其他方程。

选择优化方法：根据问题的复杂性和计算资源的可用性，选择合适的优化方法。

常见的方法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火等。

设计空间的离散化：将设计空间离散化为一组离散的设计点。

这些设计点可以通过网格划分或随机采样等方法获得。

运行优化算法：使用选择的优化方法，在离散化的设计空间上运行优化算法，寻找最佳的设计。

算法会根据预定义的目标函数和限制条件进行迭代搜索和更新。

分析和评估结果：对于优化算法找到的最佳设计，进行结果分析和评估。

可以使用数值模拟或实验验证等方法，验证优化结果是否达到预期的效果。

进一步优化：根据分析结果，可以进一步优化设计。

这可能涉及
调整优化算法的参数、重新定义设计变量范围，或者采用多目标优化等策略。

验证和实施：最后，对最终的优化设计进行验证和实施。