![[排忧解惑]管壳式换热器设计要点总结](https://cdn.10100.com/user/9059cecb0d196bfa9f94e7cc2e02c1fb_180x.png)
管壳式换热器设计过程中，主要需要考虑以下设计要点：
1、TEMA类型选择
HTRI软件设计换热器通常采用以“TEMA”的原则来命名。其类型如下表4-1所示：
图4-1
对于全新设计的换热器类型，如果有参考项目资料，优先采用参考项目对应设备的型式。如果没有参考，则优先选用常规形式（如BEM、BEU等），在HTRI design模式下进行详细优化。
Ø 存在以下典型工况时应优先考虑的型式：
U：壳程要求机械清洗、管程不需要机械清洗；需要温差补偿且壳程介质不适合设膨胀节；
F：温度交叉工况（管程采用双管程或U型管构成两侧逆流）
H、J、X：壳程流量超大（尤其是气相或汽液相）；壳程允许压降很小；
K：汽化率很高（通常 >50%）的再沸器；蒸汽发生器；
A、L：需要定期机械清洗管程（不拆封头及管线），且管程设计压力不高或壳径不大时；
浮头：管壳程都要求机械清洗；需要温差补偿且不能采用U形管。
2、设计余量的确定
设计流量或热负荷一般按照装置的设计范围，通常在项目执行过程中选用110%，既保证设计余量，也尽量降低设备一次性投资，有特殊要求的以设备数据表为准。
3、细部结构调整
1) 折流板
壳程单相时一般选单弓形、水平切口（垂直于Nozzle），防止流体分层；壳程有相变或压降受限时，可选双弓形、竖直切口（平行于Nozzle）；单弓形切口比例一般在17~35%；折流板中心距一般在1/5～1D，无支撑跨距不宜超过0.8倍TEMA推荐值。
2) 布管
一般优先选用30度，壳程有相变、允许压降小、需要机械清洗，优先选用45度；再沸器优先选用45或90度（后者适用于蒸发率和蒸汽量都很大时）。
3) 流路
HTRI软件一直采用壳侧流动的模型来判断换热器壳侧液体流动状态，进而评估换热器设计的好与坏，壳侧流动模型即把壳程流体分为A、B、C、E、F五股流体，如下图4-2所示。
图4-2
A股流：换热管与折流板管孔之间的漏流；
B股流：横过管束的错流，即为换热的主流体；
C股流：管束外缘与壳内壁之间的旁路流；
E股流：折流板外缘与壳内壁之间的漏流；
F股流：分程流（即由分程隔板引起的旁路流）；
针对各股流流路控制的典型比例如下表4-1所示：
表4-1流路控制的典型比例
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流路名称
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Flow Fraction
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B
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错流
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>0.6(湍流，Re>300)
>0.4(层流，Re>300)
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B流路对传热有利，其值应尽量大。
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C
F
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旁流
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0.1
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C，F值最好不超过 0.1,为满足这一条件，可使用密封装置。对浮头式或小壳径壳体的换热器，如果C值较大，应使用密封装置。对U型管或管程数较多的换热器，通常F值会较大，应考虑在管程分程隔板处使用密封装置(如密封垫或密封杆)或改变管子排列方式和折流板圆缺位置。
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A
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泄漏流
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0.15
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应尽量减少泄漏，但当污垢数超过0.0008m2h°C/kcal时，由于污垢可能会将管子和折流板管孔之间的间隙堵塞，因此，A值较大也无妨，但此时对壳侧压力损失应留有余量，最好计算一下。一但间隙被堵塞，壳侧压降为多大。
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E
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泄漏流
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0.05
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E值会造成温度剖面的变形，如果E值大于0.15,可使用双圆缺折流板。
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4、振动及消除
换热器设计过程中尽管在换热器中任何地方都可能发生破坏，但最容易引起流动诱发振动的区域是流动高速区，如下：
a. 管束中两块折流支撑板间最大的末支撑的中间跨；
b. 管束周边区的在弓形折流板缺口区的管子；
c. U型管束U型弯头区；
d. 位于进口接管之下的管子；
e. 位于管束旁流面积和管程分程隔板流道内的管子；
通常振动应采取以下措施中的一种或多种，以降低扰动频率或增加自然频率。
a. 减小管子跨距长度：这可以增加自然频率同时也使错流速度增加。
b. 减小壳侧流体速度：可以用减小流量和改变管距或流向角的方法达到这个目的，结果是使扰动频率降低。
c. 改变折流板型式：折流板窗中无管的设计，使所有的管子都受到支撑，因此，将折流板改变成这种形式，可以减少最长跨距的管子，因而可以增加自然频率。
d. 降低壳体入口流速：如果对进口区域的可靠性有疑问，应使用较大的进口管直径、防冲板，并环绕壳体安装一个挡板，以便提供较大的进口面积，减少干扰频率。
e. 增加折流板厚度。
f. 将管与折流板孔之间的间隙减至最小。
g. 使用厚壁管并使管子紧固。
h. 如果预计有声学振动，则可采用解谐隔板。