第三章 列管换热器结构设计
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第一节 列管式换热器零部件的工艺结构设计
第二节 列管式换热器机械结构设计
第三节 其他结构设计
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第四节 列管式换热器机械设计
第五节 设计示例
三、拉杆、定距管
二、折流板或支承板
一、分程隔板
四、旁路挡板、防冲板
五、接管
六、管板结构尺寸
第一节 列管式换热器零部件的工艺结构设计
在换热器中，要提高流体的给热系数，常
采用隔板来增加程数以提高流体速度。
（一）管程分程隔板
管程分程隔板是用来将管内流体分程，一
个管程意味着流体在管内走一次，管程分程隔
板装置在管箱内，根据所需分的程数的不同有
不同的组合，应使各程管子数目大致相等，形
式要简单，焊缝尽量少，密封长度要短，温度
不超过 280C左右为宜。
一、分程隔板
1、分程隔板结构
分程隔板应采用与封头、管箱短节同等材
料、除密封面外，应满焊于管箱上。设计时要
求管箱隔板的密封面与管箱法兰密封面，管板
密封面与分程槽面必须处于同一几基面。结构
如图 4-1。
2、分程隔板厚度及有关尺寸
当承受脉动流体或隔板压差很大时，隔板
的厚度应适当增厚，当厚度大于 10mm的分程隔
板，在距端部 15mm处开始削成楔形，使端部保
持 10mm。
（二）纵向隔板
在壳侧介质流量较小的情况
下，在壳程内安装一平行于传热
管的纵向隔板。 如图 4-2
防止短路的方式,
如图 4-3所示,
(a)为隔板直接与筒体内壁焊接，但必须
考虑到焊接的可能性；
（ b）纵向隔板插如导向槽中；
(c),(d)分别是单双向条形密封，防止间
隙短路，对于需要将管束经常抽出清洗者，采
用此结构。
管板与隔板的连接形式 如图
(a)为隔板与管板焊接,
(b)是隔板用螺栓联接在焊于管板的角铁上
的可拆结构,
(三 ) 分割流板
在壳体上有对称的两个进口及一个出口
时如图中 J型壳体。
几种常见的折流板形式见图 4-5所示。
二 折流板或支撑板
(一 )弓形折流板的主要几何参数
弓形折流板引导流体以垂直向横过管
束，能提供高度的湍动和良好的传热主要
几何参数是切口 尺寸 h和 挡板间距 B。
在上述原则下确定的尺寸不是绝对的，应考虑制造、
安装及实际情况进行圆整及调节为适于工程上尺寸。
1,切口高度 h按 20%（或 25%） Di确定后还考虑折流
板制造中，可能产生的管口变形。
2,间距 B=（ 1/5～ 1） Di之间确定、从最小 50mm起按
50mm,100mm,200mm,300mm,450mm,600mm 圆整。
3,由工艺条件决定管内流体给热系数 α i很小而管
外 α 0又很大时，这时就没有必要通过减少间距 B来提高
壳程的给热系数 α 0
4,折流板一般应使靠近管板的第一块或最后一块折
流板尽可能靠近壳程进、出口接管
靠近管板的折流板与管板间距离如图 4-7所示
（二）弓形折流板排列方式确定（图 4-8）
1.水平切口（图 a,b，缺口上下布置）
2.垂直切口（图 c，缺口左右布置）
3.倾斜切口（图 4-5a，缺口倾斜布置）
4.双弓形缺口与双弓形板交替（图 4-5b）
（三）折流板与壳程间隙
折留板与壳程间隙依据制造安装调节,在保证
顺利的装入前提下，越小越好，一 般浮头式和 U型
管式换热器可允许比固管板
式大 1mm，折流板外圆直径和下偏差见表 4-2。
（四）折流板厚度
折流板厚度与壳体直径、换管无支承长度有关，其数
值不得小于表 4-3规定。
（五）折流板的管孔
1.折流板的管孔直径与公差按 GB151规定,Ⅰ 级换
热器，管孔直径与允许差按表 4-4规定； Ⅱ 级换热器按
表 4-5规定。
2.管孔中心距
折流板上管孔中心距见表 4-7，公差为相邻两孔 ±
0.03，任意两孔 Ⅳ ± 1.00mm。
3.管孔加工
折流板上管孔加工后两端必须倒角 0.5× 450
（六）支持板
换热器壳程介质为相变时，无需设置折流
板；
换热器无支承跨距超过表 4-6规定时，应设
置支持板；
浮头式换热器浮头端必须设置支持板，支
持板可采用加厚的环板。
（一）拉杆的结构形式
1.采用全焊接方法 如图 4-9（ c）。
2.拉杆定距管结构 最常见的形式如图 4-9
3.螺纹与焊接相结合 如图 4-9（ a）
4.定距螺栓拉杆 如图 4-9（ e）
三、拉杆、定距管
拉杆的结构形式（图 4-9）
（二）拉杆直径、数量和尺寸
1.拉杆直径和数量
按表 4-7和表 4-8选取
2.拉杆尺寸
按图 4-10和表 4-9决定
3.拉杆布置
应尽量均匀布置在管束的外边缘
（一）旁路档板
主要作用,
为防止壳程物料从这些旁路大量短路
在管边缘的适当位置安装旁路挡板和在分程部
位的适当的地方安装假管或带定距管的拉杆来
增大旁路的阻力
迫使物料通过管束进行换热。
四、旁路挡板、防冲板
（二）防冲板
1,防冲板的用途及其设置条件
用途：为了防止壳程物料进口流体对换热管
表面的直接冲刷，引起侵蚀及振动。
设置条件,
对有腐蚀或磨蚀的气体和蒸汽应设置防冲板。
对于流体物料，当其值超过下列值，设置防
冲板。
① 非腐蚀、非磨蚀的单相流体
ρv 2>2230kg/m.s2
② 其他流体、包括沸点下的流体，其中
ρv 2>740kg/m.s2
防冲板的安装形式（图 4-15）
1.接管的一般要求,
1)接管不应凸出壳体内表面。
2)接管应尽量沿径向或轴向布置。
3)设计温度在 3000C以上时，用整体法兰。
4)对利用接管仍不能放气和排液，应设置放
气口。
5)操作允许时，接管与外部管线的连接也可
采用焊接。
6)必要时可设置温度计接口、压力表及液面
计接口。
五、接管
2 接管直径的确定
管径的选择取决于,1）适宜的流速处理量，
2）结构协调,3）强度要求
在选取时常综合考虑如下几种因素,
（ 1）使接管内的流速为相应管、壳程流速
的 1.2～ 1.4倍。
（ 2）在压降允许的条件下，使接管内流速
为下值,
管程接管 ρv 2〈 3300kg/m.s2
壳程接管 ρv 2 〈 2200kg/m.s2
（ 3）管、壳程接管内的流速参考表 4-10,
表 4-11选取 。
3.接管高度确定
一般应符合下式计算值
式中 h— 接管法兰厚度,mm；
h1— 接管法兰的螺母厚度,mm；
— 保温层厚度,mm；
— 接管安装高度。
上述估算后，应圆整到标准尺寸。
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4.接管位置最小尺寸 如图 4-16
带补强圈 L1≥B/2+ （ b-4） +C；
无补强圈 L1≥ d 0/2+（ b-4） +C；
管箱接管最小尺寸见图 4-17按下式估算,
带补强圈 L2≥B/2+h f+C；
无补强圈 L2≥ d 0/2+ hf+C
5.接管法兰的要求,
（ 1） 凹凸或榫槽密封面的法兰，密
封面向下，一般应设计成凸面或榫面，
其他朝向，则设计成凹面或榫面。
（ 2） 接管法兰螺栓通孔不应和壳程主
轴中心线相重合。
6.排气、排液管
排液的换热器应在壳程的
最高，最低点，分别设置
排气、排液接管
排气、排液接管的端部必
须与壳体或管结构箱壳体
内壁齐
其结构如图 4-18,4-19。
六、管板的结构尺寸
三、管箱
二、管板与壳体及管箱的连接
一、传热管与管板的连接
第二节 列管式换热器机械结构设计
造成连接处破坏的原因主要有,
（ 1）高温下应力松弛而失效
（ 2）间隙腐蚀破坏
（ 3）疲劳破坏
（ 4）由于热补偿不好引起的破坏
管子与管板的连接形式,强度胀接, 强度焊接
与 胀焊接混合 结构。
应满足以下两个条件,
连接处保证介质无泄漏的充分气密性；
承受介质压力的充分结合力。
一、传热管与管板的连接
（一）管板与壳体的连接
常见的连接形式如下
1.延长部分兼作法兰的管板
2.不带法兰的管板
(二 )管板与管箱的连接
多数是靠法兰的连接,形式很多,随着温度,压力
及耐腐蚀情况不同而异,
1.固定管板式换热器与管箱的连接
二、管板与壳体及管箱的连接
2,浮头式、填料函式,u行管式换热器
和浮式重沸器管板与管箱、壳体的连接
可拆式换热器的管板形式,
图 4-34(a)的形式，用得较多；
图 4-34（ b）的形式适用于管程序需要经
常清洗的场合；
图 4-34（ d）的形式适用于两承压力相差
较大 的场合；
图 4-34(e),(f)两种形式用在管程压力与
壳程压力相差较大而需要不同密封形式螺柱结
构的场合。
管箱的作用,
把管道来的管程流体均匀分布到各热管和把管内
流体汇集在一送出换热器
(一 ) 管箱结构形式及应用
管箱结构形式如图 3-1。
(1) A型
(2) B型封头管箱型
(3) C型、型管箱
(4) 多管程换热器的介质返回管箱见图 3-1中
后段结构形式适所列的形式或图 4-35。
(5) 单程换热器管箱
三、管箱
（二）管箱结构尺寸确定
管箱法兰通常用长颈法兰和平焊法兰。管箱要
确定的尺寸主要是管箱长度。
1.管箱最小长度
（ 1） 管箱最小长度的确定原则,
① 单程管箱采用周向接管时，最小长度应
大于或等于接管内的 1/3，如图 4-35(d)。
② 多程管箱，最小流通面积应大于或
于其中一程的管内流通面积的 1/3倍。
③ 管箱上各相邻焊缝间距必须大于或等于
4s，且应大于或等于 50mm，其中 s为管箱壁。
（ 2）管箱最小长度计算
管箱最小长度计算涉及几何尺寸见图。
A型管箱 见图 4-35（ a),
按流通面积计算
式中,E值按表选取
按各相邻焊缝之间距离计算,
管箱最小长度 取 和 中的较大值。
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mm
E
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g
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B型管箱见图 4-35(b)
按流通面积计算
式中 E值按表 4-21选取
按各相邻焊缝间的距离计算
管箱最小长度 取 和 中的较大值
多程返回管箱，见图 4-35，按流通面积算。
P
cpi
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2.管箱最大长度
确定方法,
在与换热器轴线垂直的平面上，按
图 4-36所示范围确定出角 α 的范围
三、膨胀节
二、垫片
一、法兰选用
第三节 其他结构设计
1.法兰的形式
结构形式为,平焊法兰 及 对焊法兰 。
法兰的密封形式,平面, 凹凸面 和 榫曹面 。
法兰的结构形势和密封面形式，应根据使用
质、设计压力、设计温度、公称直径等因素
定。
一、法兰选用
2.标准法兰的选用
标准法兰有,
JB4701 甲型平焊法兰
JB4702 乙型平焊法兰
JB4703 长颈对焊法兰
法兰标准有,GB9112~9125。
新的（容器）提出压力容器应优先推荐采
HG20592~ 20614以及 HG20615~ 20635
换热器的接管法兰一般应选用管法兰，至于选
用哪一种标准，根据布管要求来选定
设备垫片标准有,
JB4704 非金属软垫片
JB4705 缠绕垫片
JB4706 金属包垫片
1.垫片结构
2.垫片尺寸
3.垫片的选择
二、垫片
膨胀节依靠易变形的挠性构件对管子与壳
体的热膨胀差进行补偿，以此来缓解或降低壳
体与管子因温差而引起的温差应力。
1.结构形式,
（ 1）波形膨胀节（ U型膨胀节）
（ 2）平板膨胀节
（ 3） ?形膨胀节
（ 4） 夹壳膨胀节
三、膨胀节
2.膨胀节设置必要性判断
通过计算由温差产生轴向力和压力产生轴
向力共同作用，得到,
换热管最大应力
壳体最大应力
及管子拉脱力
当或或时应设置膨胀节 。
3.强度计算
包括,
(1)温差引起的轴向力计算
（ 2）补偿量的计算
（ 3）膨胀节疲劳寿命计算
（一）立式支座
公称直径的立式换热器,至少采用两个支座。
公称直径的立式换热器，采用四个支座。
支座在换热器上的位置，根据工艺安装的要求
确定。
立式支座的尺寸和要求，按 JB/T4725B型,BN型
悬挂式支座规定。
（ 二）卧式支座
四、支座
二、壳体、封头强度计算
三、法兰、浮头盖、钩圈
一、管板强度计算简介
第四节 列管式换热器机械设计
（ 1）把管板 当作承受均布载荷且放置在弹性基
础上的圆板,计入孔削弱的影响，计算最大弯曲应
力。
（ 2）把管板 当作孔承受均布载荷的圆板 计入孔
削弱的影响，根据强度理论计算其最大弯曲应力，
而把边缘支承情况分为简支和固支。
（ 3）把管板 简化为四管简支的棱形面积 受均布
载荷用弹性理论校核最大弯曲应力。
（ 4） 按弹性理论为基础的极限载荷 法，求最大
弯曲应力。下面介绍几种常方法。
一、管板强度计算简介
（一） B.S法
（二）管板 TEMA设计法
适于浮头，填料函,U型管式及带膨胀节
的固定板式换热器。
管板的设计应满足,
必需的弯曲强度
必需的剪切强度
胀接所必需的管板厚度。
设计管板厚度应以以上三者中最大的值,
然后 加上厚度附加量 。
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（三）管板厚度表的使用
表 4-30为常用的延长部分兼作法兰的管板厚度表。
表中计算条件有以下几条,
（ 1）换热管材料 10号钢 [σ ] =108MPa
（ 2）管板材料 16Mn [σ ] ＝ 147MPa
（ 3）实际温度为 2000C
（ 4）壳体、管箱短节的纵向焊缝系数为
（ 5）换热管与管板采用帐接连结，对 6.4MPa及
带 *者，采用焊接。
在选用厚度后，仍需对管子与管板拉脱力进行
校核。
采用以下过程校核。
1.管、壳壁差擦引起的拉脱力
管子上热应力
在热应力下每平方厘米连接周边上产生的
拉脱力
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π管子胀接周边面积
管子拉脱力
2.操作压力引起的拉脱力
式中 P—— 可比与管壁温差影响产生的力,N
qt,qp—— 热应力，操作压力产生拉脱力,MPa
di,d0—— 传热管内、外径,mm
ft—— 管程金属截面积,mm2
p—— 操作压力,MPa
f—— 每四根管子之间管板面积,mm
t—— 管间距,mm
t
p
l
pf
q
0dπ
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3.校核准则
当热应力产生对管子胀接周边的作用力与由操
作压力产生的对管子胀接周边作用力方向相同时,
反之
当满足 q≤ [ｑ ]时，拉脱力校核为合格。
pt qqq ??
pt qqq ??
在换热器中
壳体、封头及管箱短节的厚度应按 JB15计算
但圆筒的最小厚度按 GB151钢制管壳式换热器规
定确定
二、壳体、封头强度计算
法兰按 GB150设计计算
浮头式换热器中的浮盖的计算，按 B151
和 GB150要求进行。
钩圈分 A型和 B型两种。
A型钩圈材料需确定后按 GB151设计钩全
厚度,
B型钩圈的材料与浮头管板材料相同，
这种钩圈的设计厚度按确定。
三、法兰、浮头盖、钩圈
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第一节 列管式换热器零部件的工艺结构设计
第二节 列管式换热器机械结构设计
第三节 其他结构设计
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第四节 列管式换热器机械设计
第五节 设计示例
三、拉杆、定距管
二、折流板或支承板
一、分程隔板
四、旁路挡板、防冲板
五、接管
六、管板结构尺寸
第一节 列管式换热器零部件的工艺结构设计
在换热器中，要提高流体的给热系数，常
采用隔板来增加程数以提高流体速度。
（一）管程分程隔板
管程分程隔板是用来将管内流体分程，一
个管程意味着流体在管内走一次，管程分程隔
板装置在管箱内，根据所需分的程数的不同有
不同的组合，应使各程管子数目大致相等，形
式要简单，焊缝尽量少，密封长度要短，温度
不超过 280C左右为宜。
一、分程隔板
1、分程隔板结构
分程隔板应采用与封头、管箱短节同等材
料、除密封面外，应满焊于管箱上。设计时要
求管箱隔板的密封面与管箱法兰密封面，管板
密封面与分程槽面必须处于同一几基面。结构
如图 4-1。
2、分程隔板厚度及有关尺寸
当承受脉动流体或隔板压差很大时，隔板
的厚度应适当增厚，当厚度大于 10mm的分程隔
板，在距端部 15mm处开始削成楔形，使端部保
持 10mm。
（二）纵向隔板
在壳侧介质流量较小的情况
下，在壳程内安装一平行于传热
管的纵向隔板。 如图 4-2
防止短路的方式,
如图 4-3所示,
(a)为隔板直接与筒体内壁焊接，但必须
考虑到焊接的可能性；
（ b）纵向隔板插如导向槽中；
(c),(d)分别是单双向条形密封，防止间
隙短路，对于需要将管束经常抽出清洗者，采
用此结构。
管板与隔板的连接形式 如图
(a)为隔板与管板焊接,
(b)是隔板用螺栓联接在焊于管板的角铁上
的可拆结构,
(三 ) 分割流板
在壳体上有对称的两个进口及一个出口
时如图中 J型壳体。
几种常见的折流板形式见图 4-5所示。
二 折流板或支撑板
(一 )弓形折流板的主要几何参数
弓形折流板引导流体以垂直向横过管
束，能提供高度的湍动和良好的传热主要
几何参数是切口 尺寸 h和 挡板间距 B。
在上述原则下确定的尺寸不是绝对的，应考虑制造、
安装及实际情况进行圆整及调节为适于工程上尺寸。
1,切口高度 h按 20%（或 25%） Di确定后还考虑折流
板制造中，可能产生的管口变形。
2,间距 B=（ 1/5～ 1） Di之间确定、从最小 50mm起按
50mm,100mm,200mm,300mm,450mm,600mm 圆整。
3,由工艺条件决定管内流体给热系数 α i很小而管
外 α 0又很大时，这时就没有必要通过减少间距 B来提高
壳程的给热系数 α 0
4,折流板一般应使靠近管板的第一块或最后一块折
流板尽可能靠近壳程进、出口接管
靠近管板的折流板与管板间距离如图 4-7所示
（二）弓形折流板排列方式确定（图 4-8）
1.水平切口（图 a,b，缺口上下布置）
2.垂直切口（图 c，缺口左右布置）
3.倾斜切口（图 4-5a，缺口倾斜布置）
4.双弓形缺口与双弓形板交替（图 4-5b）
（三）折流板与壳程间隙
折留板与壳程间隙依据制造安装调节,在保证
顺利的装入前提下，越小越好，一 般浮头式和 U型
管式换热器可允许比固管板
式大 1mm，折流板外圆直径和下偏差见表 4-2。
（四）折流板厚度
折流板厚度与壳体直径、换管无支承长度有关，其数
值不得小于表 4-3规定。
（五）折流板的管孔
1.折流板的管孔直径与公差按 GB151规定,Ⅰ 级换
热器，管孔直径与允许差按表 4-4规定； Ⅱ 级换热器按
表 4-5规定。
2.管孔中心距
折流板上管孔中心距见表 4-7，公差为相邻两孔 ±
0.03，任意两孔 Ⅳ ± 1.00mm。
3.管孔加工
折流板上管孔加工后两端必须倒角 0.5× 450
（六）支持板
换热器壳程介质为相变时，无需设置折流
板；
换热器无支承跨距超过表 4-6规定时，应设
置支持板；
浮头式换热器浮头端必须设置支持板，支
持板可采用加厚的环板。
（一）拉杆的结构形式
1.采用全焊接方法 如图 4-9（ c）。
2.拉杆定距管结构 最常见的形式如图 4-9
3.螺纹与焊接相结合 如图 4-9（ a）
4.定距螺栓拉杆 如图 4-9（ e）
三、拉杆、定距管
拉杆的结构形式（图 4-9）
（二）拉杆直径、数量和尺寸
1.拉杆直径和数量
按表 4-7和表 4-8选取
2.拉杆尺寸
按图 4-10和表 4-9决定
3.拉杆布置
应尽量均匀布置在管束的外边缘
（一）旁路档板
主要作用,
为防止壳程物料从这些旁路大量短路
在管边缘的适当位置安装旁路挡板和在分程部
位的适当的地方安装假管或带定距管的拉杆来
增大旁路的阻力
迫使物料通过管束进行换热。
四、旁路挡板、防冲板
（二）防冲板
1,防冲板的用途及其设置条件
用途：为了防止壳程物料进口流体对换热管
表面的直接冲刷，引起侵蚀及振动。
设置条件,
对有腐蚀或磨蚀的气体和蒸汽应设置防冲板。
对于流体物料，当其值超过下列值，设置防
冲板。
① 非腐蚀、非磨蚀的单相流体
ρv 2>2230kg/m.s2
② 其他流体、包括沸点下的流体，其中
ρv 2>740kg/m.s2
防冲板的安装形式（图 4-15）
1.接管的一般要求,
1)接管不应凸出壳体内表面。
2)接管应尽量沿径向或轴向布置。
3)设计温度在 3000C以上时，用整体法兰。
4)对利用接管仍不能放气和排液，应设置放
气口。
5)操作允许时，接管与外部管线的连接也可
采用焊接。
6)必要时可设置温度计接口、压力表及液面
计接口。
五、接管
2 接管直径的确定
管径的选择取决于,1）适宜的流速处理量，
2）结构协调,3）强度要求
在选取时常综合考虑如下几种因素,
（ 1）使接管内的流速为相应管、壳程流速
的 1.2～ 1.4倍。
（ 2）在压降允许的条件下，使接管内流速
为下值,
管程接管 ρv 2〈 3300kg/m.s2
壳程接管 ρv 2 〈 2200kg/m.s2
（ 3）管、壳程接管内的流速参考表 4-10,
表 4-11选取 。
3.接管高度确定
一般应符合下式计算值
式中 h— 接管法兰厚度,mm；
h1— 接管法兰的螺母厚度,mm；
— 保温层厚度,mm；
— 接管安装高度。
上述估算后，应圆整到标准尺寸。
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4.接管位置最小尺寸 如图 4-16
带补强圈 L1≥B/2+ （ b-4） +C；
无补强圈 L1≥ d 0/2+（ b-4） +C；
管箱接管最小尺寸见图 4-17按下式估算,
带补强圈 L2≥B/2+h f+C；
无补强圈 L2≥ d 0/2+ hf+C
5.接管法兰的要求,
（ 1） 凹凸或榫槽密封面的法兰，密
封面向下，一般应设计成凸面或榫面，
其他朝向，则设计成凹面或榫面。
（ 2） 接管法兰螺栓通孔不应和壳程主
轴中心线相重合。
6.排气、排液管
排液的换热器应在壳程的
最高，最低点，分别设置
排气、排液接管
排气、排液接管的端部必
须与壳体或管结构箱壳体
内壁齐
其结构如图 4-18,4-19。
六、管板的结构尺寸
三、管箱
二、管板与壳体及管箱的连接
一、传热管与管板的连接
第二节 列管式换热器机械结构设计
造成连接处破坏的原因主要有,
（ 1）高温下应力松弛而失效
（ 2）间隙腐蚀破坏
（ 3）疲劳破坏
（ 4）由于热补偿不好引起的破坏
管子与管板的连接形式,强度胀接, 强度焊接
与 胀焊接混合 结构。
应满足以下两个条件,
连接处保证介质无泄漏的充分气密性；
承受介质压力的充分结合力。
一、传热管与管板的连接
（一）管板与壳体的连接
常见的连接形式如下
1.延长部分兼作法兰的管板
2.不带法兰的管板
(二 )管板与管箱的连接
多数是靠法兰的连接,形式很多,随着温度,压力
及耐腐蚀情况不同而异,
1.固定管板式换热器与管箱的连接
二、管板与壳体及管箱的连接
2,浮头式、填料函式,u行管式换热器
和浮式重沸器管板与管箱、壳体的连接
可拆式换热器的管板形式,
图 4-34(a)的形式，用得较多；
图 4-34（ b）的形式适用于管程序需要经
常清洗的场合；
图 4-34（ d）的形式适用于两承压力相差
较大 的场合；
图 4-34(e),(f)两种形式用在管程压力与
壳程压力相差较大而需要不同密封形式螺柱结
构的场合。
管箱的作用,
把管道来的管程流体均匀分布到各热管和把管内
流体汇集在一送出换热器
(一 ) 管箱结构形式及应用
管箱结构形式如图 3-1。
(1) A型
(2) B型封头管箱型
(3) C型、型管箱
(4) 多管程换热器的介质返回管箱见图 3-1中
后段结构形式适所列的形式或图 4-35。
(5) 单程换热器管箱
三、管箱
（二）管箱结构尺寸确定
管箱法兰通常用长颈法兰和平焊法兰。管箱要
确定的尺寸主要是管箱长度。
1.管箱最小长度
（ 1） 管箱最小长度的确定原则,
① 单程管箱采用周向接管时，最小长度应
大于或等于接管内的 1/3，如图 4-35(d)。
② 多程管箱，最小流通面积应大于或
于其中一程的管内流通面积的 1/3倍。
③ 管箱上各相邻焊缝间距必须大于或等于
4s，且应大于或等于 50mm，其中 s为管箱壁。
（ 2）管箱最小长度计算
管箱最小长度计算涉及几何尺寸见图。
A型管箱 见图 4-35（ a),
按流通面积计算
式中,E值按表选取
按各相邻焊缝之间距离计算,
管箱最小长度 取 和 中的较大值。
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4
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'' 2 LL
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mingL
'
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B型管箱见图 4-35(b)
按流通面积计算
式中 E值按表 4-21选取
按各相邻焊缝间的距离计算
管箱最小长度 取 和 中的较大值
多程返回管箱，见图 4-35，按流通面积算。
P
cpi
g
Sh
E
N
L ???
1
2
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4
dπ
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m i n LLLL g ???
mingL '' mingL
'
mingL
2.管箱最大长度
确定方法,
在与换热器轴线垂直的平面上，按
图 4-36所示范围确定出角 α 的范围
三、膨胀节
二、垫片
一、法兰选用
第三节 其他结构设计
1.法兰的形式
结构形式为,平焊法兰 及 对焊法兰 。
法兰的密封形式,平面, 凹凸面 和 榫曹面 。
法兰的结构形势和密封面形式，应根据使用
质、设计压力、设计温度、公称直径等因素
定。
一、法兰选用
2.标准法兰的选用
标准法兰有,
JB4701 甲型平焊法兰
JB4702 乙型平焊法兰
JB4703 长颈对焊法兰
法兰标准有,GB9112~9125。
新的（容器）提出压力容器应优先推荐采
HG20592~ 20614以及 HG20615~ 20635
换热器的接管法兰一般应选用管法兰，至于选
用哪一种标准，根据布管要求来选定
设备垫片标准有,
JB4704 非金属软垫片
JB4705 缠绕垫片
JB4706 金属包垫片
1.垫片结构
2.垫片尺寸
3.垫片的选择
二、垫片
膨胀节依靠易变形的挠性构件对管子与壳
体的热膨胀差进行补偿，以此来缓解或降低壳
体与管子因温差而引起的温差应力。
1.结构形式,
（ 1）波形膨胀节（ U型膨胀节）
（ 2）平板膨胀节
（ 3） ?形膨胀节
（ 4） 夹壳膨胀节
三、膨胀节
2.膨胀节设置必要性判断
通过计算由温差产生轴向力和压力产生轴
向力共同作用，得到,
换热管最大应力
壳体最大应力
及管子拉脱力
当或或时应设置膨胀节 。
3.强度计算
包括,
(1)温差引起的轴向力计算
（ 2）补偿量的计算
（ 3）膨胀节疲劳寿命计算
（一）立式支座
公称直径的立式换热器,至少采用两个支座。
公称直径的立式换热器，采用四个支座。
支座在换热器上的位置，根据工艺安装的要求
确定。
立式支座的尺寸和要求，按 JB/T4725B型,BN型
悬挂式支座规定。
（ 二）卧式支座
四、支座
二、壳体、封头强度计算
三、法兰、浮头盖、钩圈
一、管板强度计算简介
第四节 列管式换热器机械设计
（ 1）把管板 当作承受均布载荷且放置在弹性基
础上的圆板,计入孔削弱的影响，计算最大弯曲应
力。
（ 2）把管板 当作孔承受均布载荷的圆板 计入孔
削弱的影响，根据强度理论计算其最大弯曲应力，
而把边缘支承情况分为简支和固支。
（ 3）把管板 简化为四管简支的棱形面积 受均布
载荷用弹性理论校核最大弯曲应力。
（ 4） 按弹性理论为基础的极限载荷 法，求最大
弯曲应力。下面介绍几种常方法。
一、管板强度计算简介
（一） B.S法
（二）管板 TEMA设计法
适于浮头，填料函,U型管式及带膨胀节
的固定板式换热器。
管板的设计应满足,
必需的弯曲强度
必需的剪切强度
胀接所必需的管板厚度。
设计管板厚度应以以上三者中最大的值,
然后 加上厚度附加量 。
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? ? )1(
3 0 9.0 0
td
pDb
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（三）管板厚度表的使用
表 4-30为常用的延长部分兼作法兰的管板厚度表。
表中计算条件有以下几条,
（ 1）换热管材料 10号钢 [σ ] =108MPa
（ 2）管板材料 16Mn [σ ] ＝ 147MPa
（ 3）实际温度为 2000C
（ 4）壳体、管箱短节的纵向焊缝系数为
（ 5）换热管与管板采用帐接连结，对 6.4MPa及
带 *者，采用焊接。
在选用厚度后，仍需对管子与管板拉脱力进行
校核。
采用以下过程校核。
1.管、壳壁差擦引起的拉脱力
管子上热应力
在热应力下每平方厘米连接周边上产生的
拉脱力
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0 4d
???? ??
π管子胀接周边面积
管子拉脱力
2.操作压力引起的拉脱力
式中 P—— 可比与管壁温差影响产生的力,N
qt,qp—— 热应力，操作压力产生拉脱力,MPa
di,d0—— 传热管内、外径,mm
ft—— 管程金属截面积,mm2
p—— 操作压力,MPa
f—— 每四根管子之间管板面积,mm
t—— 管间距,mm
t
p
l
pf
q
0dπ
?
3.校核准则
当热应力产生对管子胀接周边的作用力与由操
作压力产生的对管子胀接周边作用力方向相同时,
反之
当满足 q≤ [ｑ ]时，拉脱力校核为合格。
pt qqq ??
pt qqq ??
在换热器中
壳体、封头及管箱短节的厚度应按 JB15计算
但圆筒的最小厚度按 GB151钢制管壳式换热器规
定确定
二、壳体、封头强度计算
法兰按 GB150设计计算
浮头式换热器中的浮盖的计算，按 B151
和 GB150要求进行。
钩圈分 A型和 B型两种。
A型钩圈材料需确定后按 GB151设计钩全
厚度,
B型钩圈的材料与浮头管板材料相同，
这种钩圈的设计厚度按确定。
三、法兰、浮头盖、钩圈
