殼程傳熱、壓降、振動綜合分析

劉玉華，呂春磊，陸征，趙騫，張小許

（蘭州蘭石重型機械設備有限公司，蘭州 700030）

在設計管殼式換熱器的過程中，經常會遇到三個問題[1-3]：一個是殼程壓力降超過允許壓降，另一個就是殼程的傳熱系數不滿足換熱效果，還有換熱管發生振動。在調整結構尺寸，滿足傳熱系數的過程中，往往出現設計壓降超過允許壓降，流體速度超過臨界流速，引發振動的問題。在調整結構尺寸，消除振動的過程中，往往出現設計壓降超過允許壓降的問題

基于此，筆者系統分析了結構尺寸與殼程壓降、傳熱系數、臨界振動流速的內在關系，得到了四者之間的規律。

1 項目簡介

本高壓換熱器是某煉油項目中由我公司負責熱工計算，要求換熱余量至少10%。其主要設計參數見表1。該高壓換熱器為反應進料換熱器，在整個工藝系統中，管內高溫介質經過換熱后，進入高分罐進行分離，殼程工藝介質經過加熱后，進入加氫反應器。這臺換熱器在系統中處于重要位置，其效率的高低不僅影響系統能耗，而且對上游的反應系統和下游的分離系統產生重要的影響。

2 設計分析

2.1 折流板間距為400 mm的殼程傳熱、壓降、和振動的影響分析

經過設計計算，發現需要四臺內徑1 300 mm、長度為4.88 m、結構型式為DEU 的Ω 環換熱器串聯，由于管內傳熱系數和壓降的要求，采用兩臺φ25.4 mm×2.108 mm 和φ19.05 mm×1.85 mm 不同規格的換熱管串聯組合。其布管結構見圖1 和圖2。折流板型式選擇見圖3。

由于雙弓形折流板具有傳熱系數低的缺點，采用單弓形折流板[4-5]，當折流板間距為400 mm 時，流體彈性不穩定振動參數列于表2，由流動流體引起在換熱管中部管跨位置的最大振幅列于表3，有關壓降和換熱系數列于表4。……