1. 固定管板式换热器

　　难点：a.封闭缝焊接接头系数 b. 双管板换热器设计 c. 膨胀节的设计

　　a. 换热器壳程筒体*后一道合拢缝是通常无法进行检测的。管板与壳程筒体环向焊接接头取0.6还是1.0民间一直有争议。

　　管板与壳程筒体环向焊接接头可能为B类，也可能为C类，如下图所示。因为在国标中，只有A、B类对接接头有焊缝系数这个概念，而角接接头是没有所谓焊缝系数的（GB151-99释义中有说明）。参照附录I 管板与管箱、壳体的焊接连接。

　　注意，这个环向焊缝系数只用于校核壳程圆筒轴向拉应力；对于壳程圆筒轴向压应力没有影响。

　　b. 在多晶硅行业中，由于物料与水反应会产生盐酸，硅酸，从而引起腐蚀，甚至爆炸，为了避免物料的混合，故多采用双管板换热器。

　　另外生物制药装置中，美国FDA《高纯水系统检查指南》建议换热器采用双管板设计或连续监测两侧压差，并保证洁净端压力高于非洁净端；ASME BPE《生物工艺设备》对双管板换热器的设计、制造、检验等提出相关要求；另由于双管板换热器的换热管便于清洗有利于抑制微生物的繁殖，因此双管板换热器在生物制药行业的应用较为广泛。

　　由于我们现在所使用的国内强度计算软件SW6已经具有计算双管板的功能，所以在计算上不会有太大的难题，我们主要是考虑下双管板的连接结构及尺寸要求。但对于按照ASME或EN规范设计的压力容器，由于PV Elite 和VVD软件没法建模双管板换热器，那我们该怎么计算呢？

　　固定双管板工况计算：

　　① 外管板兼做法兰计算

　　② 内管板不兼做法兰计算

　　③（外管板）隔离腔作为壳程设计压力

　　④（内管板）隔离腔作为管程设计压力

　　c.GB/T 151中规定，当下述3个条件中任何一个不满足时，需要考虑加膨胀节

　　① 换热器的壳体和管束的轴向应力满足强度条件：

　　壳体轴向应力 σs≤3[σ]sτυ

　　管束轴向应力 σb≤3[σ]bτυ

　　②换热器的壳体和管束的轴向压缩应力应满足稳定条件：

　　壳体的压缩应力︱Nσs+Tσs︱≤B

　　管束的压缩应力 ︱Nσb+Tσb︱≤[σcr]

　　③管板与换热管间的拉脱力q不得大于许用拉脱力[q](胀接)或3[q](焊接）

　　由于大部分设备设计的人膨胀节的知识都相对比较薄弱，用软件计算时候常常会出现一些问题，要么薄膜应力不过，要么平面失稳压力超标。花了很多精力在软件调试上却找不到方向。

　　问题1：波纹管周向薄膜应力不过，波纹管组合应力超标，造成疲劳寿命不合格。

　　方法：控制位移量、增加波数、增加波高，也可做多层波纹管。

　　问题2：平面失稳压力超标。

　　办法：降低波高、增加壁厚、调整材料的设计温度下屈服强度（不超过1.5倍）。

　　2. U形管式换热器

　　难点：1. 双管板换热器设计；2.U形管的交叉设置；3. 釜式重沸器设计

　　1. 双管板换热器可以参照上面固定管板的思路理解，此处就不再赘述了。

　　2. U型管换热器交叉布管隔板槽间距及R值：?25换热管：90.5/50.6 ；19换热管：75/43.3。数据就是法宝，懂得人自然懂。

　　特别说明的一点，GB/T151-2014中6.4.3对于U型管弯管半径Rmin一般为2倍的换热管外径，但是API660-2015中7.5.1.4 条规定弯管半径为1.5倍的换热管外径！

　　我曾经设计过一个台湾的工程项目，客户工程文件规定弯管半径为1.5倍的换热管外径。让采购部咨询了弯管厂说1.5倍的弯管是可以弯制，看来国标还是偏于保守（补充说明：GB/T151比API660更新迟一年，没来得及copy）。

　　3. 釜式重沸器的关键点就是椎壳的计算（下文链接），制造过程中鞍座的垫板放样也是一大难点。

　　锥壳支撑线计算

　　3. 浮头式换热器

　　难点：1. 单管程浮头 2.折流杆换热器设计 3.换热管轴向压应力校核不合格

　　1. 单管程浮头换热器*大的难点在于进出口膨胀节的计算，一般的是找膨胀节设计人员辅助计算。球冠型封头开孔补强也是比较棘手的一件事，*简单的做法就是进行有限元应力分析。

　　2. 折流杆换热器主要难点在于折流杆的布置。具体结构可以见我之前分享的洛阳院图册（下文链接）。

　　洛阳纸贵：洛阳院换热器图册大放送

　　3. 浮头冷凝器、重沸器（作为设计人员应该学会通过进出口温度么去判别换热器类型）中，换热管受轴向压缩力在较大折流板间距时，经常出现大于[δ]cr的情况，但由于换热管在换热器内失稳是有约束的，所以正常操况下并未发生失稳破坏（负值不合格）。对于这一点GB151-99释义中对此有说明。

　　但是GB/T151-2014释义并未做此说明，因此在使用SW6计算时候如果客户要求严格，还是有必要将该问题解决掉。通常可以从以下两个方面考虑：

　　1.提高换热管的轴向压应力

　　①缩短折流板间距，减少换热管当量长度，但是折流板间距是工艺计算的，一般不允许设备修改，所以这一点很难实现。

　　②增加换热管壁厚，如果从成本上考虑，很多制造厂实现可能性也不大。

　　2.提高管板的刚度。

　　①增加管板厚度

　　②增大管间距，管间距是工艺计算的，一般不允许设备修改，所以这一点也很难实现。

　　4. 填料函式换热器

　　难点：填料函式换热器管头压力试验应用

　　GB151中规定外填料函式热交换器设计压力不宜高于2.5MPa,但我见过的国内**的沈鼓集团设计的图纸设计压力在4MPa以上。 填料函式换热器广泛应用于浮头换热器管头的压力试验应用，下图是我早期的一些管头试压工装的笔记。

　　5.空冷器

　　难点：1. 表面蒸发式冷凝器设计 2. 方形管板的计算

　　1. 表面蒸发式冷凝器综合了风机、翅片管管束、光管管束、捕雾器、喷淋管、水箱等部件。对设计人员综合能力要求较高。

　　2. SW6对于方形管板的计算现在越来越完善，加上一些人工编写的Excel，所以计算应该不是什么大问题。

　　6. 螺旋板式换热器

　　难点：1. 通道的计算 2. 制造

　　1. 差不多通过EXCEL公式，然后借助SW6就能完成螺旋板式换热的计算。

　　2. 螺旋板换热器的制造就是利用我们常用的三辊卷板机稍加改造即可。辊子半径按照螺旋折流板内筒半径。

　　来源丨压力容器设计圈

　　作者丨CP3

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