中石化洛阳设计院换热器配管设计
1.1 本设计手册适用于管壳式及套管式热交换器的管道布置。
1.2 有关空冷式换热器（空冷器）的管道布置不在本手册之列。
1.3 有关一样的事项要参照PDS320-1-11《管道布置设计总则》
2 换热器种类
2.1 按结构分类
2.1.1 管壳式换热器
（1）浮头式换热器
如图2.1（a），传热管也称管束和挡板装配在两侧的管板上，但管束一端的管板（固定管板）用壳体一端的法兰固定，另一端的管板在壳体内不固定，因此壳体和传热管可按照流体温度自由膨胀。另外，这种换热器可将管束从壳体内抽出清扫及检修。该型式的特点如下：
1）传热管的内外都能清扫，适用容易产生污垢的流体，因此使用范畴广泛。
2）因为传热管和壳体都能自由膨胀，因此在温差大的情形下也能使用。
3）从1）、2）可知，这种结构的换热器可适用于各种设计操作条件，通用性最大。但其缺点是由于结构专门复杂，制造成本高。
（2） U形管式换热器
如图2.1（b），使用的传热管为U形管，传热管与壳体分开，可分别随流体的温度自由膨胀。另外，能将管束全部抽出清扫及检修，与浮头式换热器结构相同，但浮头式换热器因为是直管、管内也容易清扫，而U形管式换热器的管束为U形管，管内清扫困难。U形管热器的特点如下：1）自由膨胀
2）因为能够抽出管束，因此也能方便地清扫管外壁。
3）适用于高压流体，高压流体在管内流淌，则使承压部分少，减轻重量。
4）结构简单，由于管板和壳体法兰少，因此制造较简单。
（3）固定管板式换热器
如图2.1（C），是将管板焊接在壳体两端。壳程流体与管程流体的温度差使传热管和壳体产生较大的，热应力，固此，管程与壳程流体温差较大时需要在壳体上安装伸缩节吸取热膨胀。该形式的换热器壳侧的清扫，检修及修理困难，因此要求流体腐蚀性少，产生污垢少。固定管板式的特点如下：
1）最适用于壳体及传热管温差小，污垢少、热膨胀差小介质和场所。
2）作为立式的管式换热器，其用途广泛。
（4）釜式换热器
如图2.1 （d），壳体内上部设有适于蒸汽的空间，同时也作为蒸汽空间，该空间的大小按照蒸汽性质决定，估算时一样壳体大直径为壳体小直径的1.5～2倍。液面高度一样比最上部管至少高50mm。其特点如下：1）作为余热锅炉其结构是专门简单的。
2）为取得廉价蒸汽而被广泛使用。
3）管束可做成浮头式或U形管式，因此也能适用于较赃流体、高压流体。
(1) 壳体(2)壳体盖(3) 管箱侧的壳体法兰 (4) 壳体侧的壳体法兰(5) 壳体管嘴(6)浮动管板(7) 浮头头盖(8) 浮头法兰(9) 浮头垫片
(10) 固定管板(11)管箱(12)管箱头盖(13)管箱管嘴(14)垃杆及定距管(15) 挡板及支持板 (16) 缓冲板(17)折流板(18) 排气口(1 9)排液口(20) 外表接口(21) 支座(22 )钩圈(23) 传热管(2 4) 挡板
(25) 液面计接口 (26) 壳体管嘴(27)管箱接口法兰(28)U形管(29) 密封垫板
图2.1 各种多管园筒式换热器（管壳式换热器）
图2.2 管壳式换热器的名称构造一览表
2.1.2 套管式换热器（套管或夹套式）
由于可采纳高低温流体逆流换热，因此热效率高，构造简单。另外具有仅用增减内管、套管的根数，则可任意改变传热面积的优点。因为传热面积大，因此与管壳式换热器相比价格较高。
（1）固定式
内外管端因是焊接，因此外管侧的清扫困难，不能吸取由于内外管侧温差所造成的热应力。但具有构造简单，价格廉价，制造方便等优点。（图2.3）
（2）马蹄型套管式（发夹型，U型）
内管能抽出，如此内外管均可清扫，另外，可按照内外管温差使内外管自由膨胀。内管使用翅片管（图2.4）
①传热管②传热管法兰③支持片④180°弯头⑤180°
弯头法兰⑥套管⑦套管管嘴⑧套管管嘴法兰⑨支架⑩U形螺栓
图2.3 套管固定式换热器
(1) 传热管（内管，传热管）(2) 纵向翅片 (3) 管接头螺栓（联接螺纹）
(4) 近接头螺母（联接外螺纹）
(5) 管接头螺母（联接螺母）(6) 传热管法兰（内管法兰）(7) 套管(8)套管管嘴 (9) 套管管嘴法兰(10) 套管法兰(11) 套管盖(12) 密封垫板(13) 双头螺栓(14) 填料箱(15) 填料(16) 压盖(17) 支架
图2.4 套管马蹄型（发夹型，U型）换热器
2.2 按使用分类
按照使用用途分，有以下两种情形，一种是仅加热或冷却，即不引起流体相变化，另一种是按照加热或冷却进行蒸发或凝聚，即引起流体相变化。
使用的种类名称一样以用途分类。
（1）加热器
是加热流体升到所需温度，以提升流体温度为目的而使用的一种换热器，不引起被加热流体的相变化。
热源为蒸汽和装置中的余热。一样使用蒸汽作为热源时，往往将蒸汽所具有的潜热加热给被加热流体，蒸汽为此凝聚变为液体，即引起相变化。
（2）予热器
是以加热流体使流体温度上升为目的，在这一点与加热器相同，但它是根下一步操作要求对流体予热而使用的一种换热器。
（3）过热器
是以加热流体温度上升为目的，在这一点与加热器相同，但它是进一步加热流体，为使其达到过热状态
而使用的一种换热器，流体一样是汽态。
（4）蒸汽发生器
是加热液体给与潜热，使之蒸发，以产生蒸汽为目的换热器。
（5）重沸器
是将装置里凝聚的液体重新加热使之蒸发为目的而使用的换热器。按使用目的有以下两种重沸器，一是只将产生的蒸汽送出为目的而使用的换热器，二是将产生的汽液混合物送出为目的而使用的换热器。
（6）冷却器
是将流体冷却到所需温度，以降低流体温度为目的而使用的一种换热器，被冷却流体不产生相变。
冷源可用河水，井水，海水等，但当冷却水不足时，常使用空气冷却器。
（7）深冷器
冷却流体使流体温度降低为目的，是与冷却器相同，深冷却器是使流体冷却到冰点以下极低温为目的而使用的一种换热器。
冷源使用液态氨，液态氟里昂等冷媒，从被冷却流体中取气化热，由液体变为气体、即发生相变化。
（8）冷凝器
是冷却汽体，取出潜热使之液化为目的的换热器。被冷却流体从气体变为液体，即发生相变化。
使蒸汽冷凝变成水的换热器称为复水器。
（9）纯冷凝器
是冷凝器的一种，是将全部冷凝性气体冷凝液化为目的而使用的换热器
（10）部分冷凝器
冷凝器的一种，是将部分冷凝性气体冷凝液化为目的的换热器。一样使部分冷凝液回流以调整蒸馏塔操作等。
（11）换热器
是狭义的换热器，使两种流体进行热交换。它是使一种流体被加热的同时，另一种流体被冷却，以此为目的而使用的一种换热器。
3 换热器的布置
3.1 安装形式
3.1.1 单台卧式布置单台换热器卧式布置的形式见图3.1。
图3.1
3.1.2 两台重叠卧式布置
这种布置形式对节约占地面积和缩短连接配管是效的。（1）两台同类换热器的重叠布置见图3.2。
图3.2
（2）两台不同类型换热器的重叠布置见图3.3。
图3.3
（3）立式重沸器
如图3.4、图3.5所示。从塔体引出支架，进行布置，或布置在地面支架上。布置在塔体支架上时方法要与设备设计负责人协商。
图3.4 图3. 5
图塔支撑的场台独立阖撑场台
3.2 布置位置
（1）工艺没有限制要求时，换热器一样布置在地面上尽量低的基础上。
（2）有工艺要求等场合，将换热器布置在规定高度的地面基础上或框架上，作为例子，可考虑下述事项。
（a）使用釜式重沸器和立式重沸器场合
（b）换热器出入口几乎没有有效压力差，只靠重力流淌来冷却及冷凝的场合
（C）在地面上没有布置换热器的空间时。
3.3 设置高度
（1）在地上及框架上的设置高度
在地面和在框架上布置的换热器基础高度，由换热器下侧排放管所需尺寸决定（参照图3.6 3.7 ）
即H（换热器基础高度）=W+X+Y+Z
W=法兰+弯头Y=排放管尺寸（参照图3.8）
X=管半径Z=排放管距地面（平台面）的距离（MIN15 0）
然而，换热器的基础高度有时需要在一定范畴内取齐，所示表3.1中数值是基础的最低高度，应予以注意。另外，有保温，保冷的场合，还要考虑排放管保温、保冷厚度，操作无障碍。
图
图3.8 详图
1、设尺寸“A”（中心线至鞍式支座底）与尺寸“B”（中心接管法兰面）相同。
2、设排放阀尺寸为API1602的闸阀SW（A型承插焊—扣阀）
表3.1 换热器基础高度
A.B.C 型表示放凝管的型式
参照图3.6，3.7，3.8。
框架上的换热器高度必须按照管道布置和阀门操作等决定,但距管箱侧或者壳体侧下面管嘴的配管直截了当穿过平台的情形下,换热器的安装高度原则上距平台至少150mm,即换热器底座与梁之间至少要有150mm垫板厚度（图3.9）
图3.9
（a）为确保管嘴法兰的螺栓安装空间
（b）若没设置垫板，如图3.10换热器的定位螺栓与梁腹部相接触，（梁
为H
基础高度的群组化
同一高度的基础对施工是有利的，从防止施工误差来讲，要在可能范畴内统一基础高度。统一的范畴是原则上以上1200mm以内的高度为宜。
图3.11
（2）卧式重沸器的安装高度
釜式重沸器等要求工艺安装给定高度，如图3.12所示安装在高基础上或
框架上，重沸器的配管设计图完成后，要由工艺设计人校对配管的压力缺失及再次确认塔与重沸器的相对高度。
（3）立式重沸器的安装高度
立式重沸器的安装高度可按照它与塔的N.L（正常液面）的相对高度决定。塔的N.L与重沸器的相对高度关系要依据工艺提出的托付资料。
有关立式重沸器的支撑方法，应充分注意以下事项。
用3.1（3）项的图3.4及图3.5的立式重沸器安装状态。可知重沸器的汽相出口嘴子与塔的入口嘴子差不多上直截了当相连来。
这是为了尽量减少压降和有效利用空间。但由于重沸器的支撑方法，可能会产生较大的热应力。减少热应力的一样方法如下。
（a）采纳在A与B尺寸之间尽量不产生膨胀差的支撑立式重沸器的方法。
（b）由于C尺寸的伸长而阻碍重沸器出口管嘴及塔的入口管嘴。可将重沸器的安装螺栓孔作成长园孔来减少阻碍。
（c）C、D尺寸间的膨胀差在D部采纳弯曲管道减少热应力。
（d）配管设计完成后，要由工艺设计负责人校对配管压力缺失及再次确认塔与重沸器的相对高度。
3.4 布置
（1）换热器的间距
一样换热器周围，外表类等附件专门少，要紧是考虑阀门的操作，与其它设备相比，能用较小的间距进行布置。
两台并列换热器的间距，壳体法兰之间最小为600mm，有管道时其最小间距也要保持600mm。在换热器侧面布置阀门，调剂阀和外表时，为了操作及修理，应确保最小600mm的间距。
对釜式重沸器，要考虑液位计等的布置，另外，在考虑最小间距时，
也应将换热器及管道的保温厚度运算在内。
（2）换热器的排例
多台换热器的排列原则上是使管程嘴子对齐。如此配管连接不仅美观。而且对冷凝器等，也利于冷却水管道的布置。
（a）
b）固定管板式换热器的布置，除管嘴要左右对称外、检修空间不设
置在要紧位置，布置换热器要有利于配管设计。
（3）重沸器的布置
重沸器的布置，要紧考虑下述事项。
（a）要保证抽出管束的空间（b）抽管束时要容易拆卸螺栓,关于立式重沸器，要考虑平台的安装位置。（c）要考虑能够吸取配管的热应力（d）对塔的检修必须无阻碍（e）在敷塔管管道之间不要布置重沸器
3.5 换热器的检修空间
3.5.1 卧式换热器的检修空间
（1）管箱盖板、管箱及外头盖的折卸，安装所需空间应给予保证。
（a）图3.19 ①～⑧空间是作为修理空间，要尽量保证。
U型管换热器，不需要⑥～⑧空间。
法兰连接，能够拆卸配管的场合，使用上图①～⑦的空间为好。
（c）不得已的情形下，应确保①②和③④及⑥⑦中任何一项。
（d） 3.20所示抽芯空
间。
（2）为拆卸管箱盖板，管箱及外头盖，使用吊耳所需空间。
如以下平面图及视图所示，利用吊耳起吊管箱盖板，管箱及外头盖，地面上的换热器要靠吊车等起吊。框架上的换热器，靠吊车、吊车梁起吊，进行拆卸和安装。
在对起吊无阻碍的前提下决定配管的位置。
U型管换热器，因为没有外头盖，因此不必考虑相应的空间。
图3.21
为了保持管箱起吊平稳吊耳的位置要靠近法兰侧
A-A视图B-B视图C-C视图图3.22
（3）框架上换热器的检修空间
按照上换热器的检修空间，要按3.5.1（1）项及5.1项给予保证。换热器的管箱盖板、管箱、外头盖拆卸及管束的抽出，一样使用吊车或吊车梁，因此在换热器的上部要确保使用吊车或吊车梁所需要空间。使用吊车梁的空间参照5.4项。
3.5.2 立式重沸器的检修空间，在进行设备及管道布置时，要充分考虑以下事项：
（1）立式重沸器的种类
（2）立式重沸器的布置形式（靠塔支撑依旧布置在框架上，请参照3.1.2项（3））
（3）检修方法
（4）检修用的机械或者设备（吊车、吊车梁等）
4 换热器的嘴子方位
为了不损坏换热器的原有性能，而且也为了节约管道，有必要研究是否更换嘴子的方位，以下是有关换热器嘴子方位变更的例子。
另外，有关嘴子位置改变，要与设备设计负责人及工艺设计负责人进行协商，确认不阻碍换热器的性能和结构。
4.1 关于换热器的嘴子方位变更的差不多考虑方法。
4.1.1 壳程侧的流体与管程侧的流体。
（1）用冷却水、烃类（气体及液体）或者化学流体冷却的场合，冷却水通过管侧。使壳程的流体受管程侧和大气中空气的两面冷却，提升换热效率。
（2）高压流体通过管程侧，低压流体通过壳程侧，壳程侧可选用较薄的壁厚，这是经济的。
（3）一样将含杂质的不清洁流体通过壳程侧。
4.1.2 逆流