广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡）
图3-2 分程隔板
本设计管程隔板形式采用上图中最常用的结构形式（a）。
3.5 换热管
3.5.1 换热管的长度
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根据《钢制管壳式换热器》GB151-1999 规定，换热管的长度推荐采用：1.0、1.5、
2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m。 本设计中选取换热管长度为6m。
3.5.2 规格及尺寸偏差
本设计换热管采用16Mn，根据《钢制管壳式换热器》GB151-1999 规定，可选取其规格为?19?2的无缝钢管，则管子外径d0?0.019m，管子内径
di?0.019?2?0.002?0.015m。
3.5.3 布管
传热管在管板上的排列有：
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第三章 零件结构形式的选择
图3-3 换热器的排列方式
三角形排列最为普遍，其在同一直径管板面积上可排最多的换热管数。其用于壳程介质较清洁，换热管外不需清洗。当需对换热管外清洗时，则需采用正方形排列，其最小清洗通道应不小于6 毫米。
正三角形排列和转角正方形排列时，流体在垂直流向折流板缺口时正对换热管，冲刷换热管外表面，提高换热效果。
正方形排列法在一定的管板面积上可排列的管子数量少。此排列法在浮头式和填料函式换热器中用得较多。若将正方形排列的管束旋转45?安装，可适当提高壳程对流传热系数。
本课题采用转角正方形排列。
3.6 管子与管板的连接
换热管与管板连接是管壳式换热器设计、制造最关键的技术之一，是换热器事故率最多的部位。所以换热管与管板连接质量的好坏，直接影响换热器的使用寿命。换热管与管板的连接方法主要有强度胀接、强度焊、胀焊并用。而其连接结构如下图所示：
图3-4 管子与管板的连接方式
强度胀接是为了保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。胀接结构制造简单，管子的更换和修补容易，所以应用较广。一般使用的管板为碳素钢，低合金钢，管子为碳钢，设计压力不超过4.0MPa。
管子和管板的强度焊目前采用广泛，由于管孔不需开槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端不需要退火和磨光，因此制造加工较方便。也不需要像胀接那样一定得使管子端部和管板有硬度差，在高压、高温条件下可考虑选用强度高的低合金管等。强度焊
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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 的结构强度高，抗拉脱力强，在高温高压下能保证连接处的紧密性和抗拉脱能力。
随着高温、高压换热器的出现，使接头在操作过程中，受到反复变形，热冲击，热腐蚀及介质压力作用，工作环境极其苛刻，发生破坏的可能性很大，尽管内孔焊较理想的解决了这些问题，但因焊接工具复杂，管板加工困难，因此工程上多数情况下还是采用胀焊结合的形式来解决上述问题。
在本设计中考虑到焊接与胀接的各自的优缺点，所以采用胀焊并用中的强度焊＋贴胀的方法来作为换热管与管板的连接方式，此方法主要的优点是既保证换热管与管板连接的密封形，又保证了换热管与管孔之间缝隙的拉脱力。总的来说此方法保证了较高的密封性能、能承振动和疲劳载荷。
3.7 管板与壳体的连接
管板与壳体的连接形式，分为两类：一是不可拆式的，如固定式管板换热器，管板与壳体是用焊接连接；一是可拆式的，如U 形管式、浮头式及填料函式和滑动管板式的换热器，一般采用管板本身不直接与壳体焊接，而通过壳体上法兰和管箱法兰夹持固定，如下图示：
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第三章 零件结构形式的选择
图3-5 管板与壳体的连接方式
考虑到本设计为浮头式换热器，管束要拆卸进行清洗，使用可拆式管板，如上图示，选用a 形连接方式。此连接在制造上较其它5 种形式要简单，装卸也比较方便，结构省材，质量轻。
3.8 折流板、支持板的选择
在本设计中换热管长6m，根据工艺可不设置折流板，查GB151-1999表42折流板最大间距，可知在一些换热器中当不需设置折流板，其最大无支撑跨距的大小，而本设计采用直径为19mm 的换热管，据表中查得其最大无支撑跨距为1.5m，故应设置支持板，来支撑换热管，以防止换热管发生较大的挠度。同时支持板的形状和尺寸与折流板一致，所以可根据折流板的种类选取。
常用的折流板和支持板的形式有弓形和圆盘-圆环形两种，弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种。大部分换热器采用弓形折流板，其中单弓形折流板用的最多，而双弓形和三弓形多用于大直径和大流量场合，根据本设计的需要只需选用单弓形就满足要求，故选取单弓形的支持板。
3.9 拉杆的选择
因换热管外径为19mm，壳体公称直径为700mm，查《钢制管壳式换热器》GB151-1999
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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 中的表 43 和表 44 可知，拉杆直径为 12mm，使用 8根拉杆。
其各参数如下图和下表所示：
图3-6 拉杆
图3-7 拉杆直径类型
,Lb?60mm,b?2mm 根据拉杆直径16mm，可选La?20mm
3.10 定距管的选择
当换热管外径大于等于19mm时，定距管外经与换热管相同，所以其尺寸选择Φ19
3.11 防冲板的选择
由于壳程流体的??2?927?0.2472?56.6kg/(m?s)?740kg/(m?s)，管程换热管流体的流速
?3m/s，因此在本台换热器的壳程与管程都不需要设置防冲板。
3.12 排液口和排气口的选择
为了提高传热效率，排除或回收工作残液（气），凡不能借助其他接管排气，排液的换热器应在其壳程的最高，最低点分别设置排气、排液接管，排气、排液接管的端部必须与壳体或管箱壳体内壁平齐。排气口和排液口的大小一般不小于f 15mm。
卧式换热器排气、排液口多采用下图的形式，设置的位置分别在筒体的上部和底部。
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