中原工学院能源与环境学院毕业论文（设计）
换热管的排列型式主要有以下四种。
图5-1-1 换热管的排列型式
等边三角形排列用的最为普遍，因为管子间距都相等，所以在同一管板面积上可排列的管子数最多，便于管板的划线和钻孔。但管间不易清洗，TEMA标准规定，当壳程需要机械清洗时，不得采用三角形型式。
在壳程需要进行机械清洗时，一般采用正方形排列，管间通道沿整个管束应该是连续的，而且要保证6mm的清洗通道。
图5-1中（a）和（d）两种排列方式，在折流板间距相同的情况下，其流通截面要比（b）和（c)两种的小，有利于提高流速，因此更加合理些。
本设计换热器换热管即采用（a）三角形排列方式。 （2）换热管中心距
表5-1-2 热管中心距
换热管 10 12 14 16 19 20 25 30 32 35 38 45 50 55 57 外径d0 换热管 13～ 16 19 22 25 26 32 38 40 44 48 57 65 70 72 中心距14 s 隔板槽两侧相28 30 32 35 38 40 44 50 52 56 60 68 76 78 80 邻管中心距Sn 换热管中心距，最小应为管子外径的1.25倍，多管程的分程隔板处的换热管中心距，最小应为换热管中心距加隔板槽密封面的厚度，以保证管间小桥在胀接时有足够的强度。在次啊用焊接方法连接管板和管子时，管间距可以小些，但是要保证壳程清洗时，由6mm的清洗通道。当壳程用于蒸发过程时，为使气相更好地逸出，管间距可以大到1.4倍管外径。按GB151-1999规定，常用的换热管中心距见表5-1-2。
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图5-1-2 分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn
对于换热管外径为9.52mm的管子，换热管中心距取13mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距为28mm。由于换热器类型选择的是U型管换热器，所以在确定铜管长度时在结构计算中得出的铜管长度基础上，还应该加上铜管弯曲的那一段长度。
（3）换热管排列原则
1.换热管的排列应该使整个管束完全对称。
2.在满足布管限定圆直径和换热管与防冲板的距离规定的范围内，应该全部布满换热管。
3.拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。在靠近折流板缺边的位置处应布置拉杆，其间距小于或等于700mm。
4.多管程的各程管数应尽量相等，其相对误差应控制在10%左右，最大不能超过20%。
5.2 壳体结构设计
5.2.1 壳体壁厚的确定
壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。管壳式换热器的壳体通常是由管材或板材卷制而成的。当直径小于400mm时，通常采用管材和管箱壳体。当直径不小于400mm时，采用板材卷制壳体和管箱壳体。其直径系列应与封头、连接法兰的系列匹配，以便于法兰和封头的选型。一般情况下，当直径小于1000mm时，直径相差100mm为一个系列；当直径大于1000mm时，直径相差200mm为一个系列，若采用旋压封头，其直径系列的间隔可取100mm。
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表5-2-1 碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度
公称直径 浮头式 U型管式 固定管板式 400～ ≤700 8 8 6 >800～ ≤1000 10 10 8 1100～ ≤1500 12 12 10 1600～ ≤2000 14 14 12 2000～ ≤2600 16 16 14 而由上表知可取壳体壁厚为8mm。 5.2.2 壳体直径的确定
在确定壳体直径时，应先确定内径。壳体内径与管子的排列方式密切相关。在排列管子时，要考虑每一拉杆也占一根管子的位置。分程隔板和纵向隔板所占位置也增大了壳体内径。因此，在确定内径，尤其是多程热交换器的内径时，最可靠的方法是通过作图。
图5-2-1 换热器布管图
粗估内径：
Ds=(b-1)s?+ 2b式中： s——换热管管间距；
b?——管束中心线上最外层管中心至壳体内壁的距离，一般取； b?=(1~1.5)dd0为管外径）0（
b——沿六边形对角线上的管数。b值也可作如下估算，当管子按等边三角形排列时， b=1.1Zt。
本设计中取：
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b?=1.5d0=0.01428m；
b=1.1?108=11.43根，取整12根。
则粗估内径
Ds=(b-1)s+2b?=(12-1)?0.013+0.01428=0.172m
据作图得到壳体内径为178mm，与粗估值接近，图5-2-1为换热器布管平面图。
5.3 进出口设计
在换热器的壳体和管箱上一般均装有接管或接口以及进出口管。在壳体和大多数管箱的底部装有排液管，上部设有排气管，壳侧也常设有安全阀接口以及其他诸如温度计、压力表、液位计和取样管接口。对于立式管壳式换热器，必要时还应设置溢流管。由）于在壳体、管箱壳体上开孔，必然会对壳体局部位置的强度造成削弱。因此，壳体、管箱壳体上的接管设置，除考虑其对传热和压降的影响外，还应考虑壳体的强度以及安装、外观等因素。
5.3.1 壳程接管设计
接管外伸长度 接管外伸长度也叫接管伸出长度，是指接管法兰面到壳体（管箱壳体）外壁的长度。可按下式计算：
l=h?h1???15
式中 l——接管外伸长度，mm；
h——接管法兰厚度，mm； hl——接管法兰的螺母厚度，mm； δ——保温层厚度，mm。
除按上式计算外，接管外伸长度也可由表5-3-1的数据选取。
表5-3-1 PN<4.0MPa的接管外伸长度
δ DN 60 0～50 150 51～75 150 76～100 150 101～125 200 126～150 200 151～175 250 176～200 250 壳程接管直径取60mm，因为换热器无保温层，故δ=0mm。因此壳程接管外伸长度取为150mm。
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5.3.2 管程接管设计
接管开孔满足下面要求时，可不另设补强： 设计压力不大于2.5MPa；
两相邻开孔中心的间距（对于曲面间距以弧长计算）应不小于两孔直径之和的两倍；
接管公称外径不大于89mm；
表5-3-2 接管最小壁厚
接管公称直径 最小壁厚 25 32 3.5 38 45 4 48 57 5 65 76 6 89 接管最小壁厚满足表5-3-2要求。
本次设计制冷剂进口开孔直径取22mm，出口开孔直径取35mm， 进口接管壁厚取4mm，出口接管壁厚取5mm。 因此管程接管可以不另设补强。管程接管外伸长度根据实际用途做改变。
5.3 端盖设计
由于本次设计的蒸发器压力较低，故可选择平盖形式的管箱，即端盖。端盖厚度选择与壳体厚度一样，取8mm。端盖进深取35mm。端盖尺寸详见图5-3-1。
图5-3-1 端盖平面图
5.4 管板设计
管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个主要受压元件。对于管板的设计，除满足强度要求外，同时应合理考虑其结构设计。
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