换热设备第2讲-管板计算

管壳式换热器简图1-管子；2-封头；3-壳体；4-接管；5-管板；6-折流板管板的设计管板基本情况•••管板基本情况管板基本情况管板强度分析的三种基本假设•••管板结构简化模型1管板结构简化模型2管板结构简化模型3荷、放置在弹性基础上的受管孔均匀削弱的当量圆平板GB151《管壳式换热器》中管板设计的基本考虑••••黄克智院士和管板设计规范黄克智院士和管板设计规范••••黄克智院士和管板设计规范•••黄克智院士和管板设计规范•“全国科学大会奖”••黄克智院士和管板设计规范黄克智院士和管板设计规范••••••管板的设计思路-1• 1 管板的弹性分析变形协调条件管板内力与变形分析管板的设计思路-2• 2 危险工况的确定由于换热器运行时，不能保证管程与壳程压力同时作用，在计算管板应力或厚度时，要考虑以下四种危险工况：a) 只有壳程压力Pt,管程压力Pt=0,不考虑温差b) 只有壳程压力Ps,管程压力Pt=0,考虑温差，正温差比负温差危险，分别为管子与壳体的线膨胀系数分别为管子与壳体的平均壁温为换热器装配时的温度()()00θθαθθα−>−s s t t t αs αt θs θ0θ管板的设计思路-2• 2 危险工况的确定c) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,不考虑温差d) 只有管程压力Pt,壳程压力Ps=0,考虑温差，负温差比正温差危险，()()00θθαθθα−<−s s t t管板的设计思路-3 3 管板应力的校核径向应力随半径变化曲线管板的设计思路-4 3 管板应力的调整工程中实际做法-1借助压力容器设计软件管板设计的辅助软件管板的计算十分繁杂，尽管GB151提供了便于工程应用的计算式和图表，但手算工作量很大，为此，我国已开发了包括管壳式换热器在内的化工设备强度计算软件，SW6,包括了管板的设计与校核。

SW6-1998 V2.0 《过程设备强度计算软件包》及PVCAD《计算机辅助设计软件包》压力容器设计计算软件包•SW6《过程设备强度计算软件包》，以下简称SW6-98。

(1)换热管的排列方式为转角正方形排列,如下图所示布管(2)换热管中心距所选换热管d=25mm，换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径, 查国标得换热管中心距S=32mm(3)布管限定圆(&)转甬正方形排列n L布管限定圆直径D——圆簡内直径mm；布管限定圆直径D L二D i-2b3b3=0.25d=0.25x 25=6.25mm（一般情况下不小于8mm）•••取b3=8.5DiD L二D i-2b3=500—2X 8.5 = 483mm具体布管图如附图U型管换热器的设计与校核1由工艺设计给定壳体公称直径为500mm,壳程的最高工作压力为1.2MPa,管程最高工作压力为1.5MPa，壳程液体进口温度为70C，出口温度为110C；管程液体进口温度180C，出口温度125C；管长为6000mm, 4管程单壳程的换热器。

原油的黏度大，因此壳程走原油，管程走被冷却的柴油。

2筒体壁厚设计由工艺设计给定设计温度为150C，选用低合金钢Q345R。

查GB 150 一2011 可知：150C时Q345R 的许用应力「50=189MPa，厚度暂取3〜16mm,焊接采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系数=0.85,钢板的厚度负偏差按GB/T 709 一2006查3B类钢板得钢板负偏差为0=0.3,腐蚀裕量C2=3mm,设计压力为最大工作压力的1.05~1.1倍,由工艺设计给定壳程的最高工作压力为1.2MPa(绝);表压二绝压一当地大气压=1.2Mpa- 101.3kpa=1.1Mpa••• P c=(1.05~1.1)x 1.1=1.2Mpa计算壁厚t=( P c D i/2[ S ]冷-P c) + C1+ C2= 5.175mm由于管壳式换热器在工作过程中除承受内压外还受到温差应力、支座反力和自重等载荷的作用，因此壳体壁厚应比计算值大，对碳素钢和低合金钢应满足GB 151 一1999的最小厚度要求，查得U型管式换热器的壁厚应不小于8mm,圆整后取钢板名义厚度t n=8mm。

产品型号：产品图号：有规则设置支撑的平板强度δ1＝l*√P/C*[σ]t
公式1管板材料：Q345R [σ]t
167MPa 设计压力
P 1.5MPa 支撑间距(支撑中心水平与垂直间距平均值)l 400mm 系数按右表取C 1.9平板名义厚度δn 30mm 经计算管板厚
δ127.50mm
许用应力校核
[P]=C*[σ]t (δn -C 2)2/l 2[P]
1.67
不规则设置支撑的平板强度δ2＝l*√P/C*[σ]t 公式1管板材料：Q345R [σ]t
167MPa 设计压力
P 1.5MPa 通过3个支撑点的内部没有支撑的最大圆直径d 400mm 支撑间距l=d*√2l 282.89
mm 系数按右表取C 3.2经计算管板厚δ214.99
mm
平板名义厚度
δn 20
许用应力校核
[P]=C*[σ]t (δn -C 2)2/l 2[P] 2.41MPa
管板无管束部分的计算δ3＝l*√P/C*[σ]t 公式1管板材料：Q345R [σ]t
167MPa 设计压力
P
1.5MPa 管板校核计算
（固定管板有规则、无规则、无管束支撑）
材料许用应力
材料许用应力
材料许用应力
d 400mm 支撑间距l=d*√2l 282.89mm
系数按右表取C 3.2经计算管板厚δ314.99mm
平板名义厚度
δn 30许用应力校核
[P]=C*[σ]t (δn -C 2)2/l
2
[P]
5.62MPa
江苏扬安集团扬州一万制冷设备有限公司
通过2根管子或支撑管子中心是最大圆或筒体内径圆与外侧管列轴线同时相切的最大圆(其内部不包含管子或支撑管)。

《过程设备设计》课程作业题目：固定管板换热器管板计算方法与步骤、学院化工学院专学姓月日2019年业过程装备与控制工程固定管板换热器管板计算方法与步骤一、基本假设世界各国的管板的计算公式尽管形式各异，但其大体上是分别在以下三种基本假设的前提下得出的。

i.将管板看成为周边简支条件下承受均布载荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式。

考虑到管孔的削弱，再引人经验性的修正系数。

如在力学模型上作了适当简化的美国TEMA方法。

i i.将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的平板。

管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。

如西德AD规范采用的计算公式。

实践证明，这种公式适用于各种薄管的计算i i i.将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆平板，即把实际的管板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。

这种简化假定既考虑到管子的加强作用，又考虑了管孔的削弱作用，分析比较全面，现今已为大多数国家的管板规范所采用。

我国石油、化工、机械三部在1983年公布的《换热器设计规定》中所列入的管板计算公式基本上也是根据第三种假设经过比较严密的推导得出的，在国内获得了广泛的应用。

接下来的强度校核也是基于第三种假设。

二、管板设计的基本考虑GB151《管壳式换热器》所列人的管板公式基于的基本考虑是:把实际的管板简化为;承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。

同时在此基础上还考虑了以下几方面对管板应力的影响因素。

1.管束对管板的支承作用在流体压力作用下管板将产生挠度与转角。

因管束与管板连接在一起，管束也将沿轴线方向产生压缩或伸长，管子端部产生弯曲变形。

管束对管板会起到约束的作用，具有减少管板中应力的作用。

考虑管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用。

2.管孔对管板的削弱作用管孔对管板的削弱作用有两个方面：(1)减小了管板整体的刚度与强度。

(2)在管孔边缘产生局部的应力集中,在计算公式中是忽略不计。

第2章工艺计算2.1设计原始数据表2—12.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。

（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍l（9）选取管长（10）计算管数NT（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等i（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积（16）计算流体流动阻力。

若阻力超过允许值，则需调整设计。

第2章工艺计算2.3 确定物性数据2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。

对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

其壳程混合气体的平均温度为：t=420295357.52+=℃（2-1）管程流体的定性温度：T=3103303202+=℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

2.3.2 物性参数管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】表2—2壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】表2—32.4估算传热面积 2.4.1热流量根据公式（2-1）计算：p Q Wc t =∆ 【化原 4-31a 】 （2-2）将已知数据代入 （2-1）得：111p Q WC t =∆=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.K ；1t ∆——工艺流体的温差，℃；Q ——热流量，W 。

换热器管板详解，我收藏了！管壳式换热器是工业装置中大量使用的设备，根据温度、压力、介质等使用条件的不同可以选择不同的结构形式，如固定管板式换热器(或称固定式换热器)、浮头式换热器、填函式换热器、U形管式换热器等等。

管板是管壳式换热器的主要零件之一。

管板的合理设计，对于正确选择和节省材料、减少加工制造工艺的困难、降低成本、确保使用安全都具有重要意义。

因此，必须对管板强度进行正确分析，以合理确定管板厚度。

GB 151《热交换器》为管壳式换热器的设计制造、检验与验收规定了一整套必须遵循的技术要求。

作为一个整体，规定了该标准适用的换热器参数。

标准中给出的管板计算方法(见第7章) ，可以适用于PN≤35MPa 的一切压力、直径参数的管壳式换热器。

GB 151 给出了U形管换热器、浮头式换热器以及固定管板式换热器的常用结构形式的管板设计计算方法。

不同结构形式的换热器管板，由于载荷情况、支承条件、边界约束条件的不同，其强度计算方法也各不相同。

U形管换热器仅有一块管板，标准中给出了六种不同形式的连接结构，其计算模型是把管板作为承受均布载荷且受管孔均匀削弱的普通圆平板，计算方法中考虑了管板周边不布管区对管板应力的影响。

对于浮头式换热器和填函式换热器，其固定端的一块管板大多是以螺栓、垫片夹持在壳程法兰和管箱法兰之间。

其计算模型是把管板的布管区视为弹性基础上、受管孔均匀削弱的圆平板，管板外周不布管部分视为环板，整个管板周边为简支，承受均布载荷。

对于其他连接形式的管板按JB 4732 标准进行设计。

在固定管板换热器中两块管板与壳程圆筒固定地连接在一起，这种固定管板的周边可以延伸作为法兰，形成"延长部分兼作法兰的管板"，也可以直接与壳程和管箱圆筒连在一起，形成"不带法兰的管板"。

根据壳程圆筒和管束热膨胀差的条件要求，固定管板换热器可能要设置膨胀节。

就固定式换热器而言，不管是什么样的具体结构，换热器的几乎所有结构元件的尺寸和材料性能都直接或间接地影响着管板的强度。

（完整版）换热器计算步骤..第2章工艺计算2.1设计原始数据表2—12.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。

（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍l（9）选取管长（10）计算管数NT（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D和壳程挡板形式及数量等i（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积（16）计算流体流动阻力。

若阻力超过允许值，则需调整设计。

第2章工艺计算2.3 确定物性数据2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。

对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。

其壳程混合气体的平均温度为：t=420295357.52+=℃（2-1）管程流体的定性温度：T=3103303202+=℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

2.3.2 物性参数管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】表2—2壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】表2—32.4估算传热面积 2.4.1热流量根据公式（2-1）计算：p Q Wc t =? 【化原 4-31a 】（2-2）将已知数据代入（2-1）得：111p Q WC t =?=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；1p C ——工艺流体的定压比热容，kJ/㎏.K ；1t ?——工艺流体的温差，℃；Q ——热流量，W 。

高压u形管换热器的管板计算换热器是工业和家用空调系统中的重要设备，由内外管壳和一组密封的管道系统组成。

换热器中的管板是决定换热器散热效果的关键。

本文就针对高压u形管换热器，介绍其管板计算方法，并讨论其在设计过程中将如何影响系统散热性能。

管板计算是换热器管板设计的一个重要环节。

由于高压u形管换热器的管道系统中存在复杂的湍流现象，所以它的管板计算要更加复杂和考虑更多的因素。

根据流体动力学的原理，采用压力减损计算、摩擦损失计算和流量计算的方法，可以确定换热器的管板参数，控制其换热散热效果。

压力减损计算是高压u形管换热器的管板计算方法之一，通过模拟管道系统中的实际情况，计算出流体通过管板时压力减损的大小，从而设计出管板结构和安装参数。

如，可以采用最小损耗原理，使管板结构获得最低的压力减损，这样能减少系统的能量消耗，提高系统效率。

摩擦损失计算是另一种常用的管板计算方法。

它主要是根据换热器管道系统参数，计算管壳、管板和管材之间的摩擦损失，以及管道内的流体流动的摩擦系数，从而确定管板的制作参数。

注意，摩擦损失计算可以满足不同类型的流路要求，并有利于减少系统损耗。

流量计算是换热器管板计算的必要部分，通过确定系统流量确定管板的安装参数。

一般而言，流量计算可以帮助确定管板的尺寸、重量和管壳的内径大小，它们都是管板计算的关键参数。

所以，上述介绍的管板计算方法可以帮助我们准确设计出符合要求的管板。

通过采用这些方法，可以有效地提高系统的散热性能，同时减少系统的能耗。

但同时也要提醒，在设计高压u形管换热器时，除了考虑管板之外，还要考虑其他参数，包括系统容积、制冷剂进出口流量、管壳结构、外壳材料等，这些参数息息相关，如果有一项出现问题，将会影响整个系统的散热性能，甚至影响换热器的使用寿命。

总之，管板计算是高压u形管换热器的重要环节，在开展管板计算时，必须综合考虑换热器的各项参数，准确确定管板的参数，以确保其达到最佳的散热性能。

/view/fe40a766f5335a8102d2206a.html换热器基础知识简单计算板式换热器板片面积板式换热器文章2009-12-16 10:24:27 阅读113 评论0 字号：大中小订阅选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法：Q=K×F×Δt，Q——热负荷K——传热系数F——换热面积Δt——传热温差（一般用对数温差）传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。

最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。

换热器的分类与结构形式晨怡热管2008-1-22 15:19:56换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。

随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：一、换热器按传热原理可分为：1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。

蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

二、换热器按用途分为：1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。

2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。

高压u形管换热器的管板计算
高压u形管换热器是一种高效而安全的换热设备，被广泛应用于许多领域，例如电站、石油化工、食品加工、制药等等。

换热器的管板是其中的重要部分，质量和强度的重要程度可想而知，因此计算正确的管板设计及其计算是非常重要的。

本文将着重介绍高压U形管换热器的管板计算。

首先，要考虑高压U形管换热器的管板计算，必须明确换热器管板的类型。

高压U形管换热器的管板可以分为三种，分别是凸起管板、凹陷管板和半球管板。

根据不同管板的用途，可以计算出不同类型的管板，以满足不同的应用需求。

其次，高压U形管换热器的管板计算，需要考虑的因素很多，包括温度、压力、流量、流速、换热系数、管道形状和管材等。

根据这些因素，可以确定管板的结构尺寸，以及内管道形状，外管道形状和管材等。

再次，在计算出管板的结构尺寸后，还需要计算出换热器的管板厚度。

根据换热器的结构和参数，可以计算出管板的厚度，以确保管板安全可靠地承受各种力学和温度压力、流速等影响。

最后，根据计算出的结构尺寸和管板厚度，还需要计算出管板的安装尺寸及其支撑结构。

这也是高压U形管换热器的管板计算的重要部分，安装尺寸和支撑结构的正确设计可以确保管板的安全可靠。

总之，高压U形管换热器的管板计算非常重要，必须明确管板的类型，并考虑温度、压力、流量、流速、换热系数、管道形状和管材
等因素，计算出管板的结构尺寸、厚度和安装尺寸及其支撑结构等，以保证管板的安全、可靠。

正确的管板计算可以保证换热器的安全性能，提高换热器的换热效率，有利于提升生产效率。

高压u形管换热器的管板计算
高压U型管换热器的管板计算：
一、管板类型
1. 管板的种类：U型管板、波纹管板、翅片管板等。

2.管板材料：一般情况下，管板材料可以选用不锈钢（304、316等）、铜、铝等。

二、管板计算
1. 计算管板材料温度允许值：需要首先计算能够承受的最高温度，建议采用低温度材料，可确保换热器的安全性。

2. 根据温度及流量计算管板厚度：根据温度及流量的要求，计算出合适的管板厚度，确保管板能够承受所需的压力。

3. 确定管板位置：确定所有管板的位置，以确保管道的正常运行和工作。

三、低温高压换热器管板选择
1. 按照用途类别选择：当选择低温高压换热器管板时，要根据用途类别，如冷凝、蒸发、浓缩等，来选择合适的材料。

2. 按照材料阻燃度选择：在许多应用情况，如处理易燃性液体或气体，材料的阻燃性尤为重要。

因此，需要先确定被使用的材料的阻燃性，以确保设备的安全。

3. 按照材料耐腐蚀性选择：在处理某些腐蚀性液体或气体时，耐腐蚀性也是特别重要的，如硝酸、碱性液体等，需要使用耐此性较强的材料，如不锈钢、铝等材料来选择。

四、低温高压换热器管板优化技术
1. 管板安装：低温高压换热器管板的安装要精确，严格遵守技术要求，确保换热器能够正常运行。

2.管板护套：低温高压换热器上的管板护套也很重要，使用高质量的涂层和护套来提高换热器的耐久性能。

3.热收缩管套技术：在管板连接的时候，热收缩管套可以显著降低管板安装的工作量，并能够有效防止液体渗漏。