双管板换热器的结构设计
【摘要】本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，详细概述了有关设计条件和计算两方面的要点，并给出了几点需要注意的问题，以期能为双管板换热器的结构设计提供参考借鉴。

【关键词】双管板换热器；结构设计；问题
所谓的换热器，就是是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

而双管板换热器比一般的换热器结构复杂，因此在设计过程中要更加重视。

基于此，本文就双管板换热器的结构设计进行了探讨，以期能为双管板换热器的结构设计提供参考借鉴。

1.设计条件
某一项目烧碱装置后冷却器设计条件见表1。

该设备壳程介质为氯气，管程介质为循环水，如果两个介质发生泄漏，相接触就会产生强腐蚀性的盐酸或次氯酸，对该设备造成严重的腐蚀。

所以该设备选择双管板换热器，为绝对避免壳程介质与管程介质相接触，设置积液程结构，并设有放空口和排净口（取样口）进行泄漏检测，该设备结构如图1所示。

2.设计计算
本文主要介绍管板强度的设计计算及积液程长度L的计算及其相关规定，其他受压元件的计算方法，与普通的单管板换热器计算方法相同，计算时可参考GB151—1999等相关规范···，这里不再赘述。

2.1管板强度计算
双管板换热器的设计计算，在我国现行的标准规范GBl51中，没有该结构形式的管板厚度计算方法。

由此，本文参考TEMA标准及文献[2]，认为双管板换热器的管程管板（也称外管板）和壳程管板（也称内管板）都能单独满足相应设计工况的设计前提下，确定该换热器管板厚度的计算方法。

（1）管程管板厚度计算。

运用SW6强度计算软件进行换热器的设计时，管板形式选择延长部分兼作法兰的固定式管板，设计参数按以下情况考虑：①设计压力和设计温度按管程工况确定；②壳程和换热管金属壁温按壳程和管程工况确定；③管板与换热管的连接为强度焊；④换热管长度为换热管总长度，换热管有效长度为管程管板内侧间的距离，换热管受压失稳的当量长度Lcr按GB151图32选取。

（2）壳程管板厚度计算。

管板形式选择为不带法兰固定式管板（与两端筒节为焊接连接）设计参数按以下情况考虑：①设计压力和设计温度按壳程工况确定；②壳程和换热管金属壁温按壳程和管程工况确定；③管板与换热管的连接为强度胀接；④换热管长度为壳程管板外侧间的距离，换热管的有效长度为壳程管板内侧间的距离。

2.2 积液程计算
积液程（也称为聚液程）为管程管板和壳程管板之间的一个独立的腔体，所以对于双管板换热器这类多腔体设备，在技术特性表中，不仅要体现管程和壳程技术参数，还要体现积液程技术参数。

积液程壳体的长度L的确定，主要考虑两块管板由于使用温度的不同而产生径向位移作用在换热管上，引起弯曲应力和剪应力。

这里按照TEMA标准相关章节进行计算：
3.需要注意的问题
3.1管程与壳程管板厚度计算时的相互协调
（1）由于管程管板与壳程管板厚度计算时的条件不同，由此管板厚度计算值将会不同，允许对管程管板、壳程管板厚度采用各自的厚度计算值，不需要选取其两者较大的厚度计算值为管程管板和壳程管板厚度统一取值HJ。

（2）在管程管板和壳程管板厚度计算时，由于管板与换热管的连接分别为强度焊和强度胀接，拉脱应力的许用值不同，可能出现对膨胀节的不同要求，在出现该情况时，需按照对膨胀节相同要求进行管程管板和壳程管板厚度的计算。

3.2关于换热管与管板的连接
管程管板与换热管的连接采用强度焊加贴胀，壳程管板与换热管的连接采用强度胀。

胀接应采用液压胀，并做胀接工艺评定，也可采用评定合格的机械胀，开槽位置和尺寸可根据胀接工艺评定调整，开槽数量不得少于两条，见图2。

3.3压力试验
（1）内管板与换热管强度胀接后，壳程进行水压试验，水压试验合格后，再进行气密性试验。

检验合格后进行外管板与换热管的连接组装。

（2）外管板与换热管强度焊（氩弧焊）+贴胀连接组装后，焊后对焊接接头进行渗透检测，合格后进行积液程筒体的连接组焊。

（3）积液程进行水压试验，试验合格后，再进行气密性试验。

（4）壳程进行氨渗漏试验，同时在积液程的排净口处进行氨渗漏试验，以检查外管板与换热管的连接接头。

（5）管箱组装完成后，对管程进行压力水压试验。

3.4有关材料
考虑到管程管板和壳程管板任一块管板失效，设备还能坚持运行一段时间，而且管程与壳程两种介质不能接触的前提下，管程管板和壳程管板都要选取两者中较高的相同材料；积液程壳体材料选取管程和壳程两者中较高的材料，但最低要求为S30408（06Crl9Nil0）不锈钢；因积液程存在，工艺介质在事故状态时只能运行一段时间，所以其腐蚀裕量无需考虑。

4.结语
综上所述，换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

而由于双管板换热器的结构较为复杂，做好有关方面的结构设计就显得极其重要。

本文在双管板换热器的结构设计上给予了一定参考借鉴，相信对此设备的设计能有一定的帮助。

【参考文献】
[1]王树明.双管板换热器制作[J].城市建设理论研究，2013（20）.
[2]郁辉，王秀芝，胡艳芳.双管板换热器的结构及制造工艺合理设计[J].中国石油和化工标准与质量，2012（04）.。