四管程热交换器管板分程处面积的计算**

任 园 张卫义 孙笠锋 夏 莉

(1.北京石油化工学院机械工程学院；2.中国石化工程建设有限公司)

四管程热交换器管板分程处面积的计算**

任 园**1张卫义1孙笠锋1夏 莉2

(1.北京石油化工学院机械工程学院；2.中国石化工程建设有限公司)

给出了管板分程处面积的定义，介绍了四管程热交换器3种不同流动形式下换热管正方形排列时管板分程处面积的计算方法，并区分了U形管式与其他类型热交换器管板分程处面积的计算方法。

四管程热交换器 管板分程处面积 正方形排列 流动形式

管板是热交换器主要受压元件中最危险的部件，因此其开孔结构、设计厚度及整台设备金属材料的用量等对热交换器的安全运行十分重要。

在用SW6软件进行热交换器管板设计计算时，当管程为两程或两程以上时，设计者需输入管板的分程隔板槽面积。GB/T 151-2014给出了管板分程处面积的定义和双管程热交换器4种不同排列方式换热管孔的管板分程处面积计算公式[1]，但对于管程为两程以上时的管板分程处面积并未给出明确的计算方法。管板分程处面积的计算正确性对管板厚度的计算具有一定影响，尤其对于换热器直径较小、管程数又较多的管板[2～4]。为此，笔者以正方形排列的换热管为例，对3种不同流动形式的四管程热交换器管板分程处面积进行了计算，并区分了U形管与其他类型热交换器的管板分程处面积计算方法，以期为压力容器设计人员提供一定的参考。

1 管板分程处面积的定义

GB/T 151-2014定义，管板分程处面积是指在布管区范围内，因设置分程隔板和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积(Ad)。由于拉杆结构数量有限且占据的面积相对隔板开槽面积很小，故拉杆结构占据的面积可忽略不计。

2 管板分程处面积的计算

正方形排列的换热管如图1所示，正方形排列的换热管对管板支承作用的面积是以换热管管孔中心为圆心，以换热管中心距离为边长的正方形面积。

图1 正方形排列的换热管

GB/T 151-2014中四管程热交换器的流动形式有3种(图2)，No.1～No.3分别表示3种不同形式的隔板结构。

图2 四管程热交换器的前后端隔板结构

2.1No.1管板分程处面积

固定管板式、浮头式和填料函式的热交换器，由于前后端管板上的开槽结构不同，用于计算管板厚度的管板分程处面积应是前后端管板分程处面积的“并集”。管板分程处面积为图3中的阴影部分，管孔的排列方式是上下对称结构。计入的管孔数遵循的原则为：隔板槽两侧的排管根数不一致时，以多者计入。则Ad的计算式为：

Ad=2n′S(Sn-S)+n″S(Sn1-S)

式中n——管板布管区内的管孔数；

n′、n″——隔板槽(横向或纵向)一侧的排管根数；

S——换热管的中心距，mm；

Sn、Sn1——隔板槽两侧相邻管的中心距，mm。

Sn、Sn1可相同可不同，在此只是为了区分。

图3 No.1管板分程处面积示意图

U形管热交换器存在特殊的弯管结构，即只存在前端管板，因此只需计算前端管箱隔板管板分程处面积即可。U形管热交换器管板分程处面积为图4中的阴影部分，则Ad的计算式为：

Ad=2n′S(Sn-S)

图4 U形管热交换器No.1管板分程处面积示意图

2.2No.2管板分程处面积

当固定管板式、浮头式、填料函式和U形管式的热交换器为No.2流动顺序时，管板分程处面积Ad为图5中的阴影部分。需要说明的是，由于U形管式热交换器只存在前端管板隔板结构，所以隔板槽设计形式为图5中的双阴影部分。另外，图5中的管板结构右侧虽未设置隔板槽，但是由于热交换器布管的对称性，右侧的阴影面积也属于未被换热管支承的面积[5]。则Ad的计算式为：

Ad=2n′S(Sn2-S)+2n″S(Sn1-S)+(Sn1-S)(Sn2-S)

式中Sn2——隔板槽两侧相邻管的中心距，mm。

图5 No.2管板分程处面积示意图

2.3No.3管板分程处面积

当固定管板式、浮头式和填料函式的热交换器为No.3流动顺序时，管孔左右上下对称布置，管板分程处面积Ad为图6中的阴影部分，其计算式为：

Ad=4n′S(Sn1-S)+[n″S+2(Sn1-S)](Sn2-S)

图6 No.3管板分程处面积示意图

U形管式热交换器管板结构无法采用No.3流动顺序，因此不存在此种形式的管板分程处面积计算。

3 结束语

热交换器在化工和石油化工生产中应用广泛，管板是热交换器中的关键受压元件，因此，合理、可靠又经济的热交换器管板结构是热交换器设计中的重要环节。笔者以正方形排列换热管孔为例，对GB/T 151-2014中四管程热交换器3种不同流动方式隔板槽结构的管板分程处面积进行了计算，并区分了U形管式热交换器与其他类型热交换器的管板分程处面积的选择和计算方法。笔者虽然只给出了正方形排列换热管孔的四管程管板分程处面积的计算公式，但其他换热管孔排列形式的四管程管板分程处面积仍可参照上述方法计算。

[1] GB/T 151-2014,热交换器[S].北京:国家标准化管理委员会,2014.

[2] 刘莹,赵鑫,李爱秋,等.换热器分程隔板槽面积的计算[J].辽宁化工,2013,42(7):800～801.

[3] 蒋小文,丘波.管板分程隔板槽面积的计算与分析[J].化工设备与管道,2012,49(1):9～14.

[4] 张娟,钱宏利.管壳式换热器管板分程隔板槽面积的计算与探讨[J].纯碱工业,2013,(4):32～34.

[5] 毕庶力,何志萍.U形管换热器管板隔板槽面积计算[J].石油化工设备,2009,38(1):53～55.

CalculationofBulkheadTankAreainHeatExchangerwithFour-tubeSides

REN Yuan1, ZHANG Wei-yi1, SUN Li-feng1, XIA Li2

(1.SchoolofMechanicalEngineering,BeijingInstituteofPetrochemicalTechnology,Beijing102617,China; 2.SinopecEngineeringIncorporation,Beijing100101,China)

The definition of bulkhead tank area was implemented and the calculation method of bulkhead tank area arranged squarely and with three different flow ways was described, including the difference in calculating the bulkhead tank area of U-type heat exchangers and other types of heat exchangers.

heat exchanger with four-tube sides, bulkhead tank area, squarely arranged, flow ways

**任 园，男，1988年11月生，硕士研究生。北京市，102617。

*北京市教委科研面上项目(KM201010017001)。

TQ051.1

A

0254-6094(2016)05-0602-03

2015-10-12)

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