列管式换热器的设计问题及措施

列管式换热器的设计问题及措施

程强

佛山市金银河智能装备股份有限公司528100

摘要：换热器是一种使两种或者多种流体之间进行热量交换的设备，经常应用于石油或者其他化工产品的生产过程中。由于换热器，尤其是列管式换热器应用非常广泛，不同的产品、不同的环境需要考虑不同的因素，所以列管式换热器在设计的过程中需要考虑很多方面的问题。本文就是针对列管式换热器设计时的问题加以概述，并且就其中的一些问题提出适当的解决措施。

关键词：列管式换热器；设计；问题；措施

引言

列管式换热器在化工产品的生产中应用非常广泛，是乙炔法生产聚氯乙烯不可缺少的，或者说是最关键的设备，它的质量的好坏直接影响到化工企业的经济效益和安全问题。列管式换热器在设计时还是存在着很多问题。在列管式换热器的使用过程中，经常会出现换热管和接管之间泄漏等现象，这种问题的出现肯定有使用过程、管道内流体质量等原因，但是这里所要讨论的主要是列管式换热器在设计过程出现的问题。

一、换热器的种类与评价

常见的换热器有五种：（1）蛇管换热器（2）套管换热器（3）板式换热器（4）圆盘式换热器（5）列管式换热器。蛇管换热器与套管换热器因金属用量多、笨重、传热面积所占空间较大，故很少应用；板式换热器在国外广泛使用，但在国内因密封周边较长、易泄漏、不耐高温，而且抵抗压力较小，用的较少；圆盘式换热器结构复杂，清洗困难，一般只用于色拉油工艺中；列管式换热器结构简单、拆装方便、工效高、实用性能好，被广泛使用。

二、列管式换热器构造

2.1结构简图（见示意图）

2.2设计原理

在确定了流体流量，两种流体进出口温度的情况下，根据热流体放出的热量和冷流体吸收的热量相等，利用有关公式进行计算而设计。

三、列管式换热器出现泄漏问题的设计原因

列管式换热器出现的泄漏问题，一般发生在换热管和连接管之间。而在换热管和连接管连接的时候，一般都是采用两种方法，即焊接法和胀接法，其中胀接法又分为液压胀接和机械胀接。

3.1焊接法泄漏的原因

在进行焊接过程中，会产生很高的温度，而这种高温会使焊接区周围的部分发生变形，这就会使焊接的效果大打折扣。同时在焊接的过程中，由于焊接人员的素质或者其他原因的影响下，焊接时没有按照规定的工艺进行烧焊，非常容易形成较大的应力集中和残余应力的存在，这些问题的出现使得换热管和连接管之间的接口非常容易受到腐蚀，造成泄漏。同时由于列管式换热器使用的材料介质主要是氯乙烯、氯化氢和乙炔，这些物质在含水率偏高的工艺操作时，容易发生应力腐蚀，从而使得换热管和连接管之间的接口发生开裂造成泄漏。

3.2机械胀接泄漏的原因

针对焊接法的弊端，发明了机械胀接的方法。机械胀接法，主要是通过控制电流的大小来控制胀管器滚锥的转动，最终达到换热管变形使之与管板连接的目的。但是这种方法也是存在着问题的，机械胀接容易使换热管造成过度膨胀或者膨胀欠缺的问题，从而使管内造成硬化的现象，使得内部润滑不好，甚至会使得内部出现磨损起毛的问题。在应力的分布上，整个换热管和管板的连接部分是分布不均的，这样在温度变化等情况下，只要在加工的过程中出现一点小小的损坏，腐蚀的物质就会浸入接口内，造成换热管和连接管的连接失效。在有稍微腐蚀的情况下，如果发现不及时，就会造成大量的冷却水侵入，造成严重的后果。

3.3液压胀接泄漏的原因

液压胀接就不会出现以上问题。所以液压胀接就是利用液体压力使换热管产生塑性变形，具有生产效率高，劳动强度低，密封性能好等特点。对换热管和连接管进行液压胀接时，使换热管不容易产生过度膨胀或者膨胀欠缺的问题，胀接部分的衔接性比较好，相互之间不容易窜动，换热管与管板在连接时，整个长度上受力都是均匀的。但是这样的技术的应用对材料的选择也有着更高的要求，根据相关规定，槽宽和槽间距必须是一，这就减少了管子和管板之间的接触面积，因此必须加大管板的厚度，对开槽的尺度和管控的精度要求十分的严格。即使是这样先进的技术也是存在这缺陷的在液压胀接后一旦失效，将很难用液压胀接来修复，即使是稍微的泄漏。

四、采取的措施

4.1增设挡板

在换热管和连接管之间造成腐蚀，其中一个重要原因就是壳程上部空气层的存在，这样就使得换热管和连接管之间经常出现干湿的变化，造成腐蚀。为了解决这个问题，可以在壳程上部的冷却水出口出增设一层挡板，使得冷却水不能随便外流，以保证整个空间盛满着冷却水。

4.2正确选择管子的规格和排列方式

传热面积的大小对泄漏问题有着很大的影响，因为当传热面积增大时，整个列管式换热器的工作效率就高，此时腐蚀发生的几率就会小一些，所以管子的规格的选择对腐蚀问题的解决还是有着很大帮助的。换热管直径越大，换热器单位面积的传热面积就越小。因此，针对不同的流体，可以选择不同的管子规格。

同时管子的数目也是一个需要考虑的问题，并不是说管子越多越好。在确定管子数目是后，需要根据具体的规定，求出所需管子的长度，在我国，钢管的长度一般是和，根据需要可以截取使用。

为了增加受热面积，管子的排列方式不能忽视。一般来说，其排列方式有正方形和正三角形两种。正三角形的排列方式，排列的比较紧凑，传热面积也比较大，但是不容易清洗。而正方形的排列与之正好相反，其传热面积比较小，但是容易清洗。这就需要根据具体的需要进行选择了。

4.3进行有效的温差补偿

列管式换热器主要进行的工作是，给管道中温度较高的流体进行降温。在降温的过程中，由于管道内的流体的温度比壳程内的流体温度要高得多，使得管道的壁温比壳体的壁温要高的多，在热胀冷缩的作用下，管道伸的要比壳体伸的长的多，这样就使得壳壁受到压力，同时壳壁也在限制着管壁的伸长，使得管壁也在遭受压力，长时间这样，必然造成变形。并且温差越大，这种变形的力量就越大。因此进行有效的温差补偿是一个很好的选择。温差补偿可以采取减小壳体和管子间的温度差，装置挠性构件等办法。

五、结束语

总之，在列管式换热器的使用过程中，经常出现泄漏的问题，这在设计上存在一定的原因，尤其在换热管和连接管的连接方法上，还需要继续探讨。但是对于这个问题的解决，不能简单的只从连接方法上入手，而应该全面的考虑。当然，上述的解决措施还是有待完善的。

参考文献：

[1]化工原理[M].天津科学技术出版社，姚玉英主编，1992

[2]化工原理[M].化学工业出版社，王振中编，1987