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[摘 要]在经济水平飞速发展的当今社会，人们开始更多地关注生活上各个细节的品质，也越来越需要更充裕更加便捷的热能提供方式，因而如何进行管壳式换热器的提高和完善就成了当前生产生活中首先应该解决的重要问题，目前各国为改善该换热器的传热性性能展开了大量的研究，
[关键词]管壳式 换热器 设计 问题
中图分类号：F152 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0330-01
前言
管壳式换热器具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。本文根据在长期的工作中总结出的经验，浅谈管壳式换热器存在的问题，提出了管壳式换热器改进建议。
一、管壳式换热器存在的问题
1.管箱及浮头盖拆除
无论是管壳式换热器，还是双管板换热器，或是浮头式换热器，各个部件的主要连接方式是螺栓，同时作为生产运行单位，为了节约成本，大部分螺栓需要利旧，且部分塔底再沸器，由于投入生产后温度变化比较大，需要热紧，故管箱及浮头盖的拆除时，往往会速度较慢。拆除的管箱、浮头盖总是拆下摆放混乱，安装出错。
2.换热器抽芯
2.1抽取过程中，由于管束的直接受力，造成换热管受损，管束变形严重，折流板把壳体划伤，设备受损。
2.2换热器抽芯过程中，首先使用管板上定位吊耳将管束抽出一部分，拉出的距离可进行安装抽芯机；由于部分旧管束没有定位吊耳，需要利用人工、撬棍将壳体内的管束外撬100mm左右的间隙，尼龙吊带自间隙处捆扎管束，吊车外拉1米左右，使用吊车配合利用螺杆抽芯机将管束轻松抽出。但拆管箱和抽芯过程中，需要重要强调的对于可能有硫化亚铁存在的部位，要高度小心，避免硫化亚铁自燃，当含有硫化亚铁的部件暴露在空气中时，应及时用新鲜水喷淋，防止硫化亚铁自燃。
3.污垢问题
换热器的污垢问题一直以来都是困扰人们研究和使用的一个大问题，其不单单会影响散热器在各个方面数值和研究上的计算与核对并且是实际使用过程中最为造成困扰的方面。污垢问题会使换热器的性能降低，影响液体在换热器中的流动从而影响换热器的换热效率。但是由于换热器的污垢千变万化无法作出精确的估计，而每一种不同的污垢对于换热器的影响又都有不同，因此规律性极差，又不好控制，也没有办法作出一个较为详尽的解决方案，因此一直以来都是一个较为难处理的问题。
4.容易被忽视的反温差问题
就目前的换热器来讲，其中的大部分所采用的原理都是靠换热器里面冷热液体之间的流动来完成换热的目的，而我们都知道，只要有冷热液体之间的交流转换就会不可避免的产生温度差，而反温差的出现则是当部分冷热液体出现并流时才会产生的，而这也是影响换热器换热的一个极其容易被忽视的问题。为了提高换热器的传热系数，人们通常会提高换热器中液体的流速，但除此之外，如何避免或者减少反温差的出现也是一个应该被人们给予关注和思考的问题。
二、管壳式换热器改进建议
我们都知道并且相信管壳式换热器的发展仍然具有很大的进步空间。任何事物从诞生开始都要经历随着周围社会环境的变化而变化的过程，而也只有经历得起这种变迁，才会被大浪淘沙式的留下其精华从而变得长久而有生命力，管壳式换热器就需要不断研究和开发新技术，来适应这种社会变化。不可否认，管壳式换热器要有更加长足的发展就必须经历不断的改正和完善，只有让其真正能与当今社会做到相互更好地融合，才有可能使管壳式换热器在以后继续保持先进的活力为中国社会的建设提供更加有力的支持。
1.做好管壳式换热器后续改进的统筹工作
统筹规划对于任何事情的成败都是一个较为关键的步骤和必不可缺的重要环节，对于管壳式换热器从开始到最后的实施手法有个较为系统的认识，与此同时管壳式换热器必须遵循自然规律和经济规律，充分体现科学性、综合性、示范性和实效性，只有兼顾了这些方面，才可以说是进行了一次真正成功而又成熟的管壳式散热器改进。要在实行应用过程中统筹兼顾，全面考虑，最终实现生态效益好，经济效益高和社会效益大的目的。
2.在检修过程中，通过对管箱及浮头盖上的螺栓提前涂抹松动剂或者柴油进行浸泡，防止松卸困难甚至卡死。在位置比较狭小的空间进行拆除时，需要根据现场换热器的直径、高度、管箱及浮头盖重量等进行自制龙门架，将管箱及浮头盖进行拆除统一归置。由于在装置框架区内，换热器成排成列，为防止回装时管箱及浮头盖的安装出错，对拆除的管箱及浮头盖进行挂牌标识，便于区分，提高了拆除及复位的速度及准确率。
3.提高管壳式换热器传热能力的措施
管壳式换热器的传热能力是由壳程换热系数、管程换热系数和换热器冷、热介质的对数平温差决定的。冷、热介质平均对数温差除直接受冷、热介质进出口温度影响外， 还受到冷、热介质的流动方向和换热流程的影响。因此，合理的结构设计也能提高换热器传热能力。常见的措施有：一，对管程，介质流入方向与换热管方向一致时，在进口处增设防冲挡板，一方面能有效的防止介质对管头的冲刷，另一方面能让介质更加均匀的分布到换热管中。二，对壳程，布管数和直流板数都已确定时，适当的增加一些防短路结构比如：挡管和中间挡板，这些也能提高壳程内介质的湍流程度，从而提高传热系数。
4.有限元件分析，由于管板与壳体相连接，所以必须要进行管板强度计算，将所有的元件作为一个整体，进行具体的分析，计算出垫片力与螺栓力，避免法兰与管板部分发生泄漏，使得管板的应力计算更为精确，优化管板强度计算，并且以弹性力学的经典理论为参照，计算出开孔区的当量压力。另外，对于折流板间距的控制，要求其间距小，使得通道面积减小，从而加快流速，强化换热效果，提高传热效果；要根据设计要求，增加管程数，提高对管程介质的换热，确定合理的壳体分程，确保档管或档板等防短路结构的科学设置，针对不同介质及换热工况，还可采用特殊换热管，采用合适的导流形式避免死角，提高换热效果，优化使壳体介质的流动效果。
5.首先要根据设计准则，准确计算出管板中的弹性应力，采用结构力学中的“力法”强化管板强度分析，将各个部件之间的基本未知量列出来，给出每个部件之间内力素关系式，充分考虑其变形协调条件，组成一个变形协调方程组，进行就可以准确地得到管板内的应力，同时，根据计算结果，优化材料方面的设计，如经常所用到的普通钢板、低炭钢、或者是锻造管板来制造，在实际选择时，一定要根据相关要求，选择最为合理的材料，避免换热介质的腐蚀，并且满足机械应力增加以及热应力增加的需求，保证其良好的坚固强度与稳定性能。
6.规范的措施
6.1对付结垢的措施
由于管程主要是灰粉和未燃尽颗粒因流速下降而产生的沉积型污垢，可以考虑用机械过滤的方法，通过除尘来达到较好效果。而壳程这应时常检查其污垢情况，定期清理，故建议在选用管壳式换热器时采用浮头式换热器。
6.2对付腐蚀的措施
可以通过调节烘烤工艺过程，控制进入管程的废气含水量；管孔和管板连接可以焊接前轻胀定位，保持管子和管孔的对中性，焊后轻胀以消除间隙和焊接残余应力，以消除间隙腐蚀。
6.3对付管束振动的措施
在设计时候，采用合适的支撑板并控制支撑板与管子见的间距，从而防止管子的下垂和振动。
结束语
管壳式换热器是一种基本的常用的压力容器，但在设计、制造中，应当根据具体条件、工艺性能、工作特性来确定类型，并在使用中掌握缺陷的产生规律和部位，制定对应措施和改善工艺流程，以减少不必要的损失。
参考文献
[1] GB151-1999，管壳式换热器[S].
[2] 李世玉.压力容器设计工程师培训教程[M].北京：新华出版社，2005.
[3] 戴季煌，陈泽溥，朱秋尔等.承压设备设计典型问题精解[M].北京：化学工业出版社.
[4] 王非.化工压力容器设计方法、问题和要点[M].北京：化学工业出版社.
[关键词]管壳式 换热器 设计 问题
中图分类号：F152 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）25-0330-01
前言
管壳式换热器具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。本文根据在长期的工作中总结出的经验，浅谈管壳式换热器存在的问题，提出了管壳式换热器改进建议。
一、管壳式换热器存在的问题
1.管箱及浮头盖拆除
无论是管壳式换热器，还是双管板换热器，或是浮头式换热器，各个部件的主要连接方式是螺栓，同时作为生产运行单位，为了节约成本，大部分螺栓需要利旧，且部分塔底再沸器，由于投入生产后温度变化比较大，需要热紧，故管箱及浮头盖的拆除时，往往会速度较慢。拆除的管箱、浮头盖总是拆下摆放混乱，安装出错。
2.换热器抽芯
2.1抽取过程中，由于管束的直接受力，造成换热管受损，管束变形严重，折流板把壳体划伤，设备受损。
2.2换热器抽芯过程中，首先使用管板上定位吊耳将管束抽出一部分，拉出的距离可进行安装抽芯机；由于部分旧管束没有定位吊耳，需要利用人工、撬棍将壳体内的管束外撬100mm左右的间隙，尼龙吊带自间隙处捆扎管束，吊车外拉1米左右，使用吊车配合利用螺杆抽芯机将管束轻松抽出。但拆管箱和抽芯过程中，需要重要强调的对于可能有硫化亚铁存在的部位，要高度小心，避免硫化亚铁自燃，当含有硫化亚铁的部件暴露在空气中时，应及时用新鲜水喷淋，防止硫化亚铁自燃。
3.污垢问题
换热器的污垢问题一直以来都是困扰人们研究和使用的一个大问题，其不单单会影响散热器在各个方面数值和研究上的计算与核对并且是实际使用过程中最为造成困扰的方面。污垢问题会使换热器的性能降低，影响液体在换热器中的流动从而影响换热器的换热效率。但是由于换热器的污垢千变万化无法作出精确的估计，而每一种不同的污垢对于换热器的影响又都有不同，因此规律性极差，又不好控制，也没有办法作出一个较为详尽的解决方案，因此一直以来都是一个较为难处理的问题。
4.容易被忽视的反温差问题
就目前的换热器来讲，其中的大部分所采用的原理都是靠换热器里面冷热液体之间的流动来完成换热的目的，而我们都知道，只要有冷热液体之间的交流转换就会不可避免的产生温度差，而反温差的出现则是当部分冷热液体出现并流时才会产生的，而这也是影响换热器换热的一个极其容易被忽视的问题。为了提高换热器的传热系数，人们通常会提高换热器中液体的流速，但除此之外，如何避免或者减少反温差的出现也是一个应该被人们给予关注和思考的问题。
二、管壳式换热器改进建议
我们都知道并且相信管壳式换热器的发展仍然具有很大的进步空间。任何事物从诞生开始都要经历随着周围社会环境的变化而变化的过程，而也只有经历得起这种变迁，才会被大浪淘沙式的留下其精华从而变得长久而有生命力，管壳式换热器就需要不断研究和开发新技术，来适应这种社会变化。不可否认，管壳式换热器要有更加长足的发展就必须经历不断的改正和完善，只有让其真正能与当今社会做到相互更好地融合，才有可能使管壳式换热器在以后继续保持先进的活力为中国社会的建设提供更加有力的支持。
1.做好管壳式换热器后续改进的统筹工作
统筹规划对于任何事情的成败都是一个较为关键的步骤和必不可缺的重要环节，对于管壳式换热器从开始到最后的实施手法有个较为系统的认识，与此同时管壳式换热器必须遵循自然规律和经济规律，充分体现科学性、综合性、示范性和实效性，只有兼顾了这些方面，才可以说是进行了一次真正成功而又成熟的管壳式散热器改进。要在实行应用过程中统筹兼顾，全面考虑，最终实现生态效益好，经济效益高和社会效益大的目的。
2.在检修过程中，通过对管箱及浮头盖上的螺栓提前涂抹松动剂或者柴油进行浸泡，防止松卸困难甚至卡死。在位置比较狭小的空间进行拆除时，需要根据现场换热器的直径、高度、管箱及浮头盖重量等进行自制龙门架，将管箱及浮头盖进行拆除统一归置。由于在装置框架区内，换热器成排成列，为防止回装时管箱及浮头盖的安装出错，对拆除的管箱及浮头盖进行挂牌标识，便于区分，提高了拆除及复位的速度及准确率。
3.提高管壳式换热器传热能力的措施
管壳式换热器的传热能力是由壳程换热系数、管程换热系数和换热器冷、热介质的对数平温差决定的。冷、热介质平均对数温差除直接受冷、热介质进出口温度影响外， 还受到冷、热介质的流动方向和换热流程的影响。因此，合理的结构设计也能提高换热器传热能力。常见的措施有：一，对管程，介质流入方向与换热管方向一致时，在进口处增设防冲挡板，一方面能有效的防止介质对管头的冲刷，另一方面能让介质更加均匀的分布到换热管中。二，对壳程，布管数和直流板数都已确定时，适当的增加一些防短路结构比如：挡管和中间挡板，这些也能提高壳程内介质的湍流程度，从而提高传热系数。
4.有限元件分析，由于管板与壳体相连接，所以必须要进行管板强度计算，将所有的元件作为一个整体，进行具体的分析，计算出垫片力与螺栓力，避免法兰与管板部分发生泄漏，使得管板的应力计算更为精确，优化管板强度计算，并且以弹性力学的经典理论为参照，计算出开孔区的当量压力。另外，对于折流板间距的控制，要求其间距小，使得通道面积减小，从而加快流速，强化换热效果，提高传热效果；要根据设计要求，增加管程数，提高对管程介质的换热，确定合理的壳体分程，确保档管或档板等防短路结构的科学设置，针对不同介质及换热工况，还可采用特殊换热管，采用合适的导流形式避免死角，提高换热效果，优化使壳体介质的流动效果。
5.首先要根据设计准则，准确计算出管板中的弹性应力，采用结构力学中的“力法”强化管板强度分析，将各个部件之间的基本未知量列出来，给出每个部件之间内力素关系式，充分考虑其变形协调条件，组成一个变形协调方程组，进行就可以准确地得到管板内的应力，同时，根据计算结果，优化材料方面的设计，如经常所用到的普通钢板、低炭钢、或者是锻造管板来制造，在实际选择时，一定要根据相关要求，选择最为合理的材料，避免换热介质的腐蚀，并且满足机械应力增加以及热应力增加的需求，保证其良好的坚固强度与稳定性能。
6.规范的措施
6.1对付结垢的措施
由于管程主要是灰粉和未燃尽颗粒因流速下降而产生的沉积型污垢，可以考虑用机械过滤的方法，通过除尘来达到较好效果。而壳程这应时常检查其污垢情况，定期清理，故建议在选用管壳式换热器时采用浮头式换热器。
6.2对付腐蚀的措施
可以通过调节烘烤工艺过程，控制进入管程的废气含水量；管孔和管板连接可以焊接前轻胀定位，保持管子和管孔的对中性，焊后轻胀以消除间隙和焊接残余应力，以消除间隙腐蚀。
6.3对付管束振动的措施
在设计时候，采用合适的支撑板并控制支撑板与管子见的间距，从而防止管子的下垂和振动。
结束语
管壳式换热器是一种基本的常用的压力容器，但在设计、制造中，应当根据具体条件、工艺性能、工作特性来确定类型，并在使用中掌握缺陷的产生规律和部位，制定对应措施和改善工艺流程，以减少不必要的损失。
参考文献
[1] GB151-1999，管壳式换热器[S].
[2] 李世玉.压力容器设计工程师培训教程[M].北京：新华出版社，2005.
[3] 戴季煌，陈泽溥，朱秋尔等.承压设备设计典型问题精解[M].北京：化学工业出版社.
[4] 王非.化工压力容器设计方法、问题和要点[M].北京：化学工业出版社.