双管板换热器的设计原理

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换热器是一种实现物料之间热量交换的节能设备，它广泛应用于国民经济的各个领域。在生产中为了防止腐蚀和污染，以及满足工艺流程、劳动保护、安全生产等方面的要求，通常采用双管板换热器来解决。论述了双管板换热器的用途、结构、设计等方面需注意的问题，并把它与单管板换热器进行了对比，指出双管板换热器的管程壳程间泄漏量变得很小，受力状况也更好。同时也论述了双管板换热器的壳体、管板、折流板等的制造工艺方法、管板预装、管板与换热管的连接方法、以及压力试验等方面的技术问题。

　　在换热管端部有一块管板，称为外侧管板，也就是管程管板，兼作设备法兰，与换热管及管箱法兰相连接。在距换热管端部较近的位置还有一块管板，称为内侧管板，即壳程管板，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，这部分空间可以用一个短节跟外界隔离开，组成一个不承受压力的隔离腔；也可以是一个敞开的结构。

1.双管板换热器的应用

　　在如下情形时，换热器管程和壳程介质严格禁止混合，则常常采用双管板结构：①当管程和壳程二介质相混合后会引起严重腐蚀；②一侧为极度或高度危害介质渗入到另一侧会引起严重后果；③当管程和壳程介质相混合后两种介质会引起燃烧或爆炸；④当一种介质混入另一种介质时，引起催化剂中毒；⑤管程和壳程介质相混合后会引起聚合或生成树脂状物质；⑥管程和壳程介质相混合后会引起化学反应终止或限制；⑦管程和壳程介质相混合后，引起产品污染或产品质量下降。　　

2.双管板换热器的结构

　　双管板换热器采用固定管板结构，管束不能抽出清洗，这是与单管板换热器可采用多种结构型式、管束可以抽出清洗不同的地方。对于温差较大的双管板换热器，筒体上可加装波纹膨胀节；而单管板换热器除可考虑筒体上加装波纹膨胀节外，常采用浮头或U型管型式来补偿。

　　对于双管板换热器，存在两种设计理念的认识：一种认为双管板换热器用于绝对防止管壳程间介质混串的场合，设计在内外管板之间空腔上加装排液倒淋阀，供日常观察和内管板发生泄漏时排放，使得管壳程介质切实被内外二层管板隔离。这是采用双管板结构型式的主要目的。另一种认为双管板换热器可用于管壳程间介质压差很大的场合，设计在内外管板之间的空腔中加入一种介质，来减小管壳程间介质的压差。这和一般单管板换热器一样，不能绝对保证外管板上管口不发生泄漏。双管板之间的隔离腔是与单管板换热器结构主要区别之处(见图1)，该隔离腔不与管程、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。　　

3.双管板换热器的相关计算

对于某一换热器而言，当管子的中心距和排列方式确定后，最外圈换热管的外切圆尺寸就是一定值，按照式(1)和式(2)就能算出间隙G值。中心距的大小按照壳程管板与管子连接方式的不同而不同，采用强度胀接时的中心距可参照GB/T151中的有关规定。但当管板与管子采用焊接时，换热管中心距要加大，否则因焊条角度不合适将难以焊接，甚至无法焊接，焊接质量更是无从谈起。双管板换热器的壳程管板与管子采用焊接后会使管子的中心距增加，从而使设备的直径加大，成本有所增加。但它的优势也很突出，特别是设备投入使用后，下管板与管束采用焊接的就易于检修，而采用胀接的基本上就无法检修。在化工生产中，设备的投资是一次性的，总希望生产能长周期连续运行，检修时间越短越好。因此，笔者认为：双管板换热器的下管板与管束能采用焊接时应尽量采用焊接，特别是在间隙G不是较大的情况下，胀焊并用，效果更佳。

4.双管板换热器的制造

双管板换热器制造过程中关键要控制四块管板的同轴度、平行度、扭曲度及其与壳体轴线的垂直度，这样大大可保障设备的制造质量，也可保障换热管与管板的连接性能。

4.1壳体

　　要严格控制有关几何尺寸和方位。错边量、棱角度和无损探伤按GB/T150规定执行，周长、圆度和直线度按GB/T151规定执行，壳体长度按图样规定。检查壳体两端面平行度与壳体轴线垂直度，在两端面标出对称的十字中心线，且两端面中心线连线(方位线)平行于壳体轴线，该标记线是组对双管板的基准之一。用与折流板外径相等的圆盘模板工装预先检测壳体内径与直线度，确保折流板外径和壳体内壁有一定间隙，使管束能顺利装入壳体。

4.2管板及折流板

　　采用数控钻床钻孔，控制管孔直径、垂直度及管孔间距。为利于穿管，管板和折流板的钻孔方向应与穿管方向一致。按图样和GB151规定对单块管板管孔进行检验，特别是内侧管板管孔内不允许有贯通性的螺旋形或纵向条痕。把两组双管板分别按钻孔方向叠置，找同心，用换热管逐孔预穿。将折流板叠置钻孔，按钻孔方向逐块做顺序号和正反面标记。每块折流板正反面的管孔均要仔细倒角、清除毛刺，防止穿管时损伤管子外表面。把双管板和折流板按钻孔的方向顺序叠置，用换热管逐孔预穿。