管殼式換熱器殼程進出口流通面積調整方法

常岳松 宋瑞冬

(1.大慶石化工程有限公司; 2.大慶石化公司)

換熱器是一種實現物料之間熱量傳遞的設備，它是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥及機械等行業所廣泛使用的一種通用設備。在煉化裝置中換熱器占總設備數量的40%左右，占總投資的30%～45%[1]。在換熱設備中使用量最大的是管殼式換熱器，而設計者往往忽略換熱器的流通面積，導致換熱器換熱效率受到影響，筆者具體分析了影響殼程進出口流通面積的因素和如何解決流通面積不足的問題。

1 影響因素分析

文獻[2]中5.11.3部分可知殼程進出口流通面積應該不小于殼程進出口處接管截面積，這時的流通面積才是合理的。文獻[2]的附錄K介紹了殼程進出口流通面積的近似計算公式：

圖1 換熱器主要結構參數示意圖

1.1 殼程進出口接管內徑

1.2 換熱管列數

結合文獻[2]附錄K中流通面積的計算公式和圖1可知，換熱管列數越多，即管排的越滿，h1與h2就越小，計算得到的流通面積就越小，所以當流通面積不足時，想要增加流通面積，則應該在滿足換熱面積的基礎上適當減少換熱管列數。

1.3 殼體內徑

由圖1可知，在換熱管排列形式不變時，殼體內徑越大，h1與h2就越大，所以當流通面積不足時，想要增加流通面積，可以適當增加殼體內徑。

2 應用實例

以某臺換熱器(圖2)為例，殼體內徑600mm，殼程進出口接管尺寸為φ219mm×8mm，得出di=203mm，換熱管直徑d0=25mm，間距S=32mm，現確定其殼程進出口流通面積是否滿足要求，如不滿足要求，如何改進設計。

圖2 某換熱器結構及參數

流通面積：

≈22324mm2

殼程進出口接管截面積為：

As

2.1 調整殼程進出口接管尺寸

將接管內徑尺寸改為φ168mm×7mm，得出di=154mm，h1不變，h2=33.7mm，重新核算流通面積：

≈18773mm2

殼程進出口接管截面積為：

As>A，滿足要求。

2.2 調整換熱管列數

調整換熱管列數，將最上面一排管去掉，此時，h1=71.5mm，h2=53.8mm，重新核算流通面積：

≈39989mm2

As>A，滿足要求。

2.3 調整殼體內徑

將殼體內徑改為650mm，即Di=650mm，DL=634mm，此時，h1=68.8mm，h2=52.6mm，重新核算流通面積：

≈38745mm2

As>A，滿足要求。

3 結束語

殼程進出口流通面積小于殼程進出口處接管截面積時，可通過調節殼程進出口接管內徑、換熱管的列數和殼體內徑使殼程進出口流通面積滿足要求。實際應用中設計者要根據具體情況具體分析。比如，當對介質流量要求嚴格時，就不能減小殼程進出口接管內徑，只能考慮調節換熱管的列數和殼體內徑；如果換熱管數量比較緊張時，減少換熱管列數會導致換熱面積不夠，只能考慮調節殼程進出口接管內徑和殼體內徑；當對設備重量要求嚴格或設備的安放空間有限時，就只能通過調節殼程進出口接管內徑和換熱管的列數來改變流通面積，而要把增大殼體內徑這個方法排除在外。

[1] 葉文邦，張建榮，曹文輝．壓力容器設計指導手冊[M]．昆明：云南科技出版社，2006.

[2] GB 151-1999．管殼式換熱器[S]．北京：國家質量技術監督局，1999.