管壳式换热器壳程进出口流通面积调整方法

常岳松 宋瑞冬

(1.大庆石化工程有限公司; 2.大庆石化公司)

换热器是一种实现物料之间热量传递的设备，它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药及机械等行业所广泛使用的一种通用设备。在炼化装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%～45%[1]。在换热设备中使用量最大的是管壳式换热器，而设计者往往忽略换热器的流通面积，导致换热器换热效率受到影响，笔者具体分析了影响壳程进出口流通面积的因素和如何解决流通面积不足的问题。

1 影响因素分析

文献[2]中5.11.3部分可知壳程进出口流通面积应该不小于壳程进出口处接管截面积，这时的流通面积才是合理的。文献[2]的附录K介绍了壳程进出口流通面积的近似计算公式：

图1 换热器主要结构参数示意图

1.1 壳程进出口接管内径

1.2 换热管列数

结合文献[2]附录K中流通面积的计算公式和图1可知，换热管列数越多，即管排的越满，h1与h2就越小，计算得到的流通面积就越小，所以当流通面积不足时，想要增加流通面积，则应该在满足换热面积的基础上适当减少换热管列数。

1.3 壳体内径

由图1可知，在换热管排列形式不变时，壳体内径越大，h1与h2就越大，所以当流通面积不足时，想要增加流通面积，可以适当增加壳体内径。

2 应用实例

以某台换热器(图2)为例，壳体内径600mm，壳程进出口接管尺寸为φ219mm×8mm，得出di=203mm，换热管直径d0=25mm，间距S=32mm，现确定其壳程进出口流通面积是否满足要求，如不满足要求，如何改进设计。

图2 某换热器结构及参数

流通面积：

≈22324mm2

壳程进出口接管截面积为：

As

2.1 调整壳程进出口接管尺寸

将接管内径尺寸改为φ168mm×7mm，得出di=154mm，h1不变，h2=33.7mm，重新核算流通面积：

≈18773mm2

壳程进出口接管截面积为：

As>A，满足要求。

2.2 调整换热管列数

调整换热管列数，将最上面一排管去掉，此时，h1=71.5mm，h2=53.8mm，重新核算流通面积：

≈39989mm2

As>A，满足要求。

2.3 调整壳体内径

将壳体内径改为650mm，即Di=650mm，DL=634mm，此时，h1=68.8mm，h2=52.6mm，重新核算流通面积：

≈38745mm2

As>A，满足要求。

3 结束语

壳程进出口流通面积小于壳程进出口处接管截面积时，可通过调节壳程进出口接管内径、换热管的列数和壳体内径使壳程进出口流通面积满足要求。实际应用中设计者要根据具体情况具体分析。比如，当对介质流量要求严格时，就不能减小壳程进出口接管内径，只能考虑调节换热管的列数和壳体内径；如果换热管数量比较紧张时，减少换热管列数会导致换热面积不够，只能考虑调节壳程进出口接管内径和壳体内径；当对设备重量要求严格或设备的安放空间有限时，就只能通过调节壳程进出口接管内径和换热管的列数来改变流通面积，而要把增大壳体内径这个方法排除在外。

[1] 叶文邦，张建荣，曹文辉．压力容器设计指导手册[M]．昆明：云南科技出版社，2006.

[2] GB 151-1999．管壳式换热器[S]．北京：国家质量技术监督局，1999.