格栅式列管支撑结构的设计方法

李碧仙 刘群世 隋艳春 中国成达工程有限公司 成都 610041

列管式换热器在化工领域被广泛应用。在列管式换热器的设计中，管束的支撑结构设计直接影响到传热效果及壳程流体的压降。《热交换器》GB/T 151-2014只介绍了折流板支撑的结构形式，对于折流杆和格栅板支撑并没有介绍。本文将对二者进行介绍。

1 折流杆支撑结构

折流杆支撑结构一般由4个相同轴向间距的折流圈组成一组，依次布置，形成一个方形孔，对每一根换热管进行支撑，见图1。

图1 折流杆支撑结构图

图中的折流杆一般用圆钢，折流圈用钢板制作。折流杆支撑结构常用于换热管排列为正方形排列的形式，且每组折流杆之间的间距较小，一般为3″、6″和9″；对于正三角形排列的形式，受换热管间距影响，该结构不太适用。

2 格栅板支撑结构

格栅式列管支撑结构，一般由2层或者4层栅板条组成一组，依次布置，对每根换热管进行支撑。见图2。

图2 2层栅板条组成一组的示意图

栅板条用扁钢制作，该结构常用于换热管排列形式为正三角形排列的形式。

格栅板支撑的主要特点是：

(1)不起折流作用，壳程介质的流向为轴向流。

(2)壳程介质不产生横流，不容易引起换热管的振动。

(3)折流杆(格栅板)之间的间隙大，介质很容易从间隙中通过，流体阻力小，故壳程流体压力降小。

3 案例

下文就以Ⅱ效降膜蒸发器为例，阐述格栅式列管支撑结构的设计方法。

Ⅱ效降膜蒸发器是利用二次蒸汽将20%的盐水进行蒸发提浓，蒸发器上部的加热室相当于立式固定管板管壳式换热器，规格为DN1800，见图3。

图3 Ⅱ效降膜蒸发器

壳程介质是二次蒸汽，工作压力为0.06MPa，工作温度为121℃，气相全冷凝；换热管规格为Ø48×1.5×6000，排列方式为正三角形排列，间距60mm。根据工艺传热分析，壳程流体不需要横向折流，但由于换热管较长，需要设置中间支撑。

由于壳程介质压力较小，需要采用压力降小的支撑形式，故选用格栅式列管支撑结构。该设备的格栅支撑由2层栅板条组成。见图4。

图4 2层栅板条示意图

上下两层格栅条分别与圈板筒节焊接，两层格栅条之间不焊接。圈板筒节与壳程筒体之间采用焊接连接，因此，该设备不需要设置拉杆和定距管。

按换热管排列方式和间距进行计算，换热管之间能通过格栅条的距离为3.96mm，为保证穿管能顺利进行，设计时在格栅条与换热管之间留了0.48mm间隙，因此，格栅条的厚度取为3mm。考虑到换热器直径较大，换热管较长，增加格栅条对于换热管的支撑宽度，以增加换热管的稳定性，将格栅支撑的宽度设计为100mm。格栅条设计的详细尺寸及上下格栅条的相对位置关系见图5，上下格栅板之间的夹角成60°。

图5 上下格栅条的相对位置关系图

4 结语

列管式换热器中，采用折流板、折流杆和格栅板支撑的结构型式，有其不同的适用范围。折流杆支撑结构常用于换热管排列为正方形排列的形式,每组折流杆之间的间距较小,对壳程流体有折流作用。格栅板支撑结构常用于换热管排列为正三角形排列的形式,不起折流作用，壳程介质的流向为轴向流。设计时,可以根据具体的工况进行合理选择。