山东博宇锅炉设备有限公司管壳换热器的设计，用户应提供一下设计条件（工艺参数）：

① 管、壳程的操作压力（作为判定设备是否上类的条件之一，必提供）

②管、壳程的操作温度（进口/出口）

③金属壁温（工艺计算得出（用户提供））

④物料名称及特性

⑤腐蚀裕量

⑥程数

⑦换热面积

⑧换热管规格，排列形式（三角形或正方形）

⑨折流板或支撑板数量

⑩保温材料及厚度（以便确定铭牌座伸出高度）

⑾油漆: Ⅰ.如用户有特殊要求，请用户提供牌号，颜色

Ⅱ.用户无特殊要求，设计人员自己选定

2. 几个重要的设计条件

①操作压力：作为判定设备是否上类的条件之一，一定提供

②物料特性：如用户不提供物料名称则必定提供物料的毒性程度。

因为介质的毒性程度关系到设备的无损监测、热处理、锻件的级别

对于上类设备，还关系到设备的划分

a. GB150 10.8.2.1(f)图样注明盛装毒性高度危害介质的

容器百分之100RT.

b. 10.4.1.3 图样注明盛装毒性为高度危害介质的容器，应进行焊后热处理（奥氏体不锈钢的连接接头可不进行热处理）

c.锻件. 使用介质的毒性为中度或高度危害性的锻件应符合Ⅲ级或Ⅳ级要求。

③管规格：

常用的 碳钢 φ19×2，φ25×2.5，φ32×3， φ38×5

不锈钢φ19×2，φ25×2， φ32×2.5，φ38×2.5

换热管的排列形式：三角形，转角三角形，正方形，转角正方形。

★ 换热管间需要机械清洗时，应采用正方形排列。

3、基本设计参数的确定

1．设计压力，设计温度，连接接头系数

2．直径：DN<400的圆筒，采用钢管。

DN≥400的圆筒，采用钢板卷制。

16”钢管------与用户商量采用钢板卷制。

3．布置图：

根据换热面积、换热管规格画布置图，确定换热管数量。

如果用户提供了布管图，也要复核布管是否在布管限定圆以内。

★布管的原则：

①在布管限定圆内应布满管。

②多管程的各管程数应尽量相等。

③换热管应对称排列。

4．材料

管板本身具有凸肩并与圆筒（或封头）连接时，应采用锻件。由于采用此种结构的管板一般都用于压力较高、易燃、易爆、以及毒性程度， 对管板要求较高，管板也较厚。为避免凸肩处产生加渣、分层、及改变凸肩处纤维受力的状况，减少加工量，节约材料，采用凸肩与管板直接锻造出来的整体锻件来制造管板

5．换热器与管板的连接方式

管子于管板的连接，在管壳换热器的设计中是一个比较重要的结构部分。他不仅加工工作量大，而且一定使每一个连接处在设备运作中，保证介质无泄漏及承受介质压力能力。

管子与管板的连接方式主要有以下三种：a胀接；b焊接；c焊胀接

此外，当介质毒性很大，介质和大气混合 易发生爆炸介质有放射性或管内外物料混合会产生不佳影响时，为确保接头密封，也常采用焊接法。焊接法虽然优点甚多，因为他并不能完全避免“缝隙腐蚀”和焊 接节点的应力腐蚀，而且薄管壁和厚管板之间也很难碰到可靠的焊缝。

焊接法虽然较胀接可以乃更高的温度，但是在高温循环应力的作用下，焊口易发生疲劳裂 纹，列管与管孔存在间隙，当受到腐蚀介质的侵蚀时，以会加速接头的损坏。

因此，就产生了焊接和胀接同时使用的方法。这样不但能提高接头的抗压性能，同时 可以降低缝隙腐蚀倾向，因而其使用寿命比单用焊接时长的多。在什么场合下适宜施行焊、胀接并用的方法，目前尚无统一标准。

通常在温度不太高而压力很高或介质易渗漏时，采用强度胀加密封焊（密封焊是指单纯防止渗漏而施行的焊接，并不保证强度）。当在压力和温度都很高的情况下，则采用强度焊加贴胀，（强度焊 是即使焊缝有严密性，又能保证接头具有较大的拉脱力，通常是指焊缝强度等于管子轴向负荷下的强度时的焊接）。

贴胀的作用主要是去除缝隙腐蚀和提高焊缝的抗 疲劳性能。具体的结构尺寸标准中（GB/T151）已有规定，在此不再详述。

对于管孔表面粗糙度的要求：

a当换热管与管板焊接连接时，管的表面粗糙度Ra值不大于35uM

b单换热管与管板胀接联接时，管孔表面粗糙度Ra值不大于12.5uM胀接连接时，管孔表面不应有影响胀接紧密性的缺陷，如贯通的纵向或螺旋状刻痕等

四、设计计算

1.壳体壁厚计算（包括管箱短节、封头、壳程筒体的壁厚计算）管、壳程筒体壁厚应满足GB151中最小壁厚的规定，对于碳素钢和低合金钢最小壁厚是按腐蚀裕量C2=1mm考虑的，对于C2大于1mm的情况，壳体的最小壁厚应相应增加。

2.开孔补强计算

对于壳体采用钢管制的，建议采用整体补强（增加筒体壁厚或采用厚壁管）；对于比较厚的管箱上开大孔考虑综合经济性

不另行补强应满足的几点要求：

①设计压力≤2.5Mpa

②相邻两孔中间距应不小于两孔直径之和的两倍

③接管公称直径≤89mm

④接管小壁厚应表8-1的要求（接管腐蚀裕量为1mm）

3．法兰

设备法兰采用标准法兰时应注意法兰与垫片、紧固件的匹配，否则应对法兰进行计算。

4．管板

需注意以下几个问题：

① 管板的设计温度：根据GB150及GB/T151的规定,应取不低于元件的金属温度,但在管板计算中无法保证管\壳程介质作用,且管板的金属温度很难计算,故一般取较高侧的设计温度为管 板的设计温度。

②多管程换热器：在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要而未能被换热器支承的面积Ad：按GB/T151公式计算

③管板的厚度

管板的厚度系指管程分程隔板槽底部的管板厚度减去下列二者之和

a管程腐蚀裕量超出管程隔板槽深的部分

b壳程腐蚀裕量与管板在壳程侧的结构开槽，深度二者中的最大植

5.膨胀节的设置

在固定管板换热器中，由于管程内流体与管程流体之间具有温差，而换热器和壳体与管版固定连接，这样在使用状态时，壳体与管子之间有膨胀差存在，壳体和管子受 到轴向载荷。为了避免壳体和换热器破坏、换热器失稳、换热管从管板上拉脱，就应设置膨胀节，以降低壳体和换热器的轴向载荷。

一般在壳体和换热器壁温差较大时，需考虑设置膨胀节，在管板计算中，按有温差的各种共况计算出σt、σc 、q ，其中有一个不合格时，就需增加膨胀节。

σt——换热管轴向应力

σc——壳程圆筒轴向应力

q——换热管与管板连接的拉脱力

五、结构设计

1．管箱

（1）管箱的长度

a最小内侧深度

①向开孔的单管程管箱，开口中心处的最小深度应不小于接管内直径的1/3

②管程的内外侧深度应保证两程之间的最小流通面积不小于每程换热管流通面积的1.3倍

b最大内侧深度

考虑内件连接和清理是否方便，尤其对于公称直径较小的多管程换热器。

（2）分程隔板

隔板的厚度和布置按GB151表6和图15，对于厚度大于10mm的分程隔板，密封面应削边至10mm；对于列管式换热器，隔板上应设置泪孔（排净孔），排净孔的直径一般为6mm

2.壳体及管束

①管束级别

Ⅰ、Ⅱ级管束，仅仅针对碳钢、低合金钢换热管国内标准中还存在着“较高极”和“普通级”制订的。一旦国内换热管能够采用“较高极”钢管时，碳钢、低合金钢换热管束无需再分Ⅰ级和Ⅱ级

Ⅰ、Ⅱ管束的区别主要在于换热管的外径、壁厚偏差不同，相应地管孔尺寸和偏差不同

Ⅰ级管束的精度要求高一些，对于不锈钢换热管，只有Ⅰ级管束；对于常用的碳钢换热管

②管板

a管孔尺寸偏差

注意Ⅰ、Ⅱ级管束的区别

b分程隔板槽

Ⅰ槽深一般不小于4mm

Ⅱ分程隔板槽宽：碳钢12mm；不锈钢11mm

Ⅲ分程隔板槽拐角处的倒角一般为45度，倒角宽度b近似等于分程垫片的圆角半径R。

③折流板

a管孔尺寸：按管束级别区分

b弓形折流板的缺口高度

缺口高度应使流体通过缺口时与横过管束的流速相近，缺口眩高一般取0.20—0.45倍的圆角内直径，缺口一般切在管排中间线以下或切于两排管孔的小桥之间(便于穿管方便)。

c缺口方位

单向清洁流体，缺口上下布置；

气体中含少量的液体，缺口朝上的折流板的最低处开通液口；

液体中含少量气体，缺口朝下的折流板的最高处开通气口

气液共存或液体中含有固体物料时，缺口左右布置，并在最低处开通液口

d折流板的最少厚度；最大无支撑跨距

e管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出、口接管

④拉杆

a拉杆的直径和数量

直径和数量按表6-32，6-33选用，在保证大于或等于表6-33所给定的拉杆截面积的前提下，拉杆的直径和数量可以变动，但其直径不得小于10mm，数量不小于4根

b拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，在布管区或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不小于3个支撑点

c拉杆螺母，有的用户要求下面一个螺母与折流板电焊

⑤防冲板

a防冲板的设置是为了减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀

b防冲板的固定方式

尽可能固定在定距管上或靠近管板的头一块折流板，当壳程进口位于非固定拉杆的管板的一侧时，防冲板可焊在筒体上

⑥膨胀节的设置

a位于两侧折流板之间

为了减少膨胀节的流体阻力，必要时可在膨胀节内侧设置一个衬筒，衬筒应在顺流体流动方向上与壳体连接，对于立式换热器，当流体流动方向朝上时，应在衬筒下端设置排液孔

b膨胀节的保护装置，防止设备在运输过程中或使用中拉坏

⑦管板与壳体的连接

a延长部分兼作法兰

b不带法兰的管板（GB151附录G）

3.管法兰：

①设计温度大于等于300度，应采用对接法兰。

②对于不能利用接管式接口进行放弃和排泄的换热器，应在管、壳程高点设置放气口、低点设置排液口，其特小公称直径为20mm。

③立式换热器可设置溢流口

4．支座：按GB151种5.20条的规定

5. 附件部分

①吊耳

质量大于30Kg的官箱及管箱盖宜设置吊耳

②顶丝

为了便于拆卸管箱、管箱盖，应在官板、管箱盖上设置顶丝