摘要：近年来，我国国民经济水平不断提高，我国大力推进城市化建设，城市建筑工程施工建设数量越来越多，建筑工程换热器安装质量安全问题受到了越来越多人们的重视。纵观当前我国建筑工程换热器设备使用现状，由于换热器安装工艺不当而引发的使用问题频繁出现，为进一步确保建筑工程换热器设备使用安全，加强管壳式换热器安装工艺设计志在必行。本文主要从管壳式换热器结构及原理着手，进一步分析了管壳式换热器的设计基本原则，并提出了管壳换热器安装设计中需要注意的问题，望对未来管壳式换热器的工艺设计工作提供相应借鉴。
关键词：管壳式 换热器 工艺设计
各种类型的换热器作为工艺过程重要的设备，广泛应用于石油化工、医药、冶金、制冷等部门。换热器应按照工艺参数及条件进行设计，满足特定工况和苛刻操作条件的要求。管壳式换热器具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在工程中仍得到普遍使用。采用HTFS软件进行换热器工艺设计已很普遍，但为了使设计出来的换热器能更好地满足各种工况，仍然有许多方面需在设计时加以充分考虑。
1 管壳式换热器结构及原理
管壳式换热器，也称为列管式换热器。其工作原理是在一个封闭的、管壳形状的空间里面传热，其设计结构较为简洁，并且操作简单方便，一般使用金属材料进行制造，能够在高温、高压的环境下使用，并且应用面广泛，普及面较大。管壳式换热器的组成主要是壳体、传热管束、管板、挡板、管箱等部件。一般而言，壳体即外形主要是圆筒形，在圆筒形内部设计有固定在管板上面的管束，而冷热两种流体就分别在管束内和管束外流动，在管内流动的按照惯例称为管程流体，在管束外流动的按照惯例称为壳外流体，其意思是在管壳一面流动。一般而言，管壳式换热器的壳外流体传热分系数要想提高，就会增加管壳里面的挡板数量，数量家多的挡板能够有效加速壳层流体的速度，相应增加了流体的湍流程度。在管壳式换热器内部，管束每经过一次流体惯例称为一个管程，外壳每经过一次流体惯例称为一个壳程，而在管箱内增加隔板，会让流体在管束里面进行多次往返，惯例成为称为多管程；在壳体内设计增加挡板，也会让流体在壳体空间中进行多次往返，惯例称为多壳程。根据需要，可以对多管程和多壳程搭配使用，提高使用效率，达到需要的效果。
2管壳式换热器的设计基本原则
就管壳式换热器的安装设计基本原则而言，主要包含以下三方面：第一个准则是换热器应完全满足设计过程的要求；在允许的压降内完成流体的热交换，而且在污垢存在的情况下，仍然保持这种换热能力，至到下一个规定的检修期。但是由于某些原因制成的换热器只能限于某个尺寸，而实际运行条件和过程特性逐日变化。即在任何情况下污垢形成的特性都随时间变化。因此说满足过程要求，最多也只是从统计学的几率意义而言。所以设计者通过合理的保险设计，并利用设备运行的灵活性，以及在设备部件留有余量的方法，以保证设计本身适当的成功几率。第二个准则是换热器必须经得起工厂环境的使用条件。这里主要考虑的是机械应力，而且不仅在正常运行情况下，还要考虑在运输、检修以及由于设备失常和可能的事故造成的非设计条件下的运行情况。还存在由于管路系统稳态和不稳态流动和流体流动的温 度变化，造成加给换热器的外部应力。第三、在满足上述准则的情况下，换热器的造价应当尽可能的低。
3管壳换热器安装设计中需要注意的问题
3.1 加强处理钢板、钢管负偏差问题
一般情况下，管壳换热器设计中经常存在钢板、钢管负偏差问题，必须要给予足够的重视，一旦存在这种负偏差的问题，就很容易导致管壳换热器开孔补强不足。钢管负偏差问题主要分为两大类：首先，管壳换热器设计中管束存在级别问题，这会对管板和折流板管孔之间的公差精度产生一定影响。其次，换热管的材质的不同也会对管孔公差产生一定影响，在一定程度上会影响到管壳换热器的开孔补强效果。只有在钢材的厚度负偏差小于0.25mm，且不超过实际厚度的6%时，钢材厚度的负偏差值才可以省略不计。
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3.2 加强处理划类、程数问题
受我国国内配件实际配套能力较低的影响，现阶段存在的对于工艺性能的结构要求远远不能满足工艺要求。在进行管壳换热器压力腔管理过程中，没有严格按照每个压力腔各自的类别而分别提出设计要求和制造技术要求，在进行压力腔类别划定时，没有严格按照压力腔的设计压力以及压力腔的几何容积进行取值，使得管壳换热器在划类、管程分程方面存在很大的问题。
3.3 加强热处理问题
首先，在管壳换热器的浮头盖以及管箱的热处理方面存在问题，没有对低合金钢或者碳钢制的焊有分程隔板的浮头盖、管箱和管箱的侧向开孔超过1/3圆筒内径的管箱进行热处理工作。其次，冷轧的强化换热管缺少必要的热处理工作，因此不能提高钢管的耐应力腐蚀。最后，黄铜等有色金属冷轧的强化换热管同样缺少必要的热处理工作。
3.4 避免换热管与管板之间的异种钢焊接
如果管壳式换热器所采用的换热管所选择的材质是不锈钢管，管板的钢材没有选择不锈钢管的时候，为了保证其质量和水平，最好是在管板设置的过程中采用复合板的材质或者是在管板或者是莞城的一侧位置开展不锈钢的焊接工作，这样就可以有效的防止异型钢焊接过程中产生的不利影响。
3.5 合理选择高压换热器用换热管的标准
设计人员在设计换热器的时候，应该全面根据相关设计标准，这主要是因为管壳式换热器在对设备进行试压的时候，如果其压力超过了20MPa，设计中所使用的换热管一定要有承受设备实验水压的能力，如果采取其他的标准，在没有对其进行特别说明的情况之下，虽然其在压力上也可以达到相应的标准和要求，但是对食盐水的压力却没有很好的耐受性，因此也会在这一过程中出现比较严重的安全隐患。
3.6 U形管换热器中的U形管弯
如果管壳按照U形管进行设计的时候，必须要对管道支撑的位置进行有效的处理，在装置当中，离弯管比较近的折流板是起到支撑作用的主要力量，所以在对最大无支撑跨距设计的过程中，必须要对其支撑设计予以高度的重视，但是在设计中比较容易被人忽视。
3.7 标准未明确的几个问题
管壳换热器设计中尚存很多标准未明确的问题。首先，现阶段存在的垫片设计标准中给出的常用的垫片性能，只是简单的提供了几种新材料的垫片系数以及比压力数值以供参考，不能完全满足实际的垫片设计要求。其次，现存的A型和B型两种钩圈各自存在优缺点，没有严格的使用设计标准。最后，就是在设计压力较高的情况下，标准中要求的换热器中的浮头法兰和钩圈外径已经不能满足螺柱直径的不断增大的需求。
结束语
综上所述，要想确保建筑工程换热器安装设计的整体质量安全，施工企业单位务必要重视管壳式换热器的工艺设计工作，实际工艺设计工作中，设计工作人员务必要全面根据管壳式换热器的设计基本原则开展具体设计工作，并重视加强处理钢板钢管负偏差、划类程数以及热处理等问题，有效避免换热管与管板之间的异种钢焊接，合理选择高压换热器用换热管的标准，同时有效落实U形管换热器中的U形管弯等问题，只有这样才能够从根本上保证管壳式换热器设计安装的整体质量和效率，从而进一步保证现代建筑工程换热器的后期使用安全，有效促进现代换热器安装企业长期稳定地发展。
参考文献
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[3]弃全英.管壳式热交换器管头设计分析[J].化工管理,2017(34):146-147.
论文作者:王妙莉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：换热器论文; 管壳论文; 流体论文; 工艺论文; 压力论文; 热管论文; 偏差论文; 《基层建设》2018年第26期论文;