一种高压换热器的设计点评

 案例描述：曾经遇到一台高压U型管换热器，管程压力高，温差大，简图如下，资料不全，设计参数也没有找到，仅对该设计提出我自己的点评意见，欢迎大家共同讨论。

1.虽然是U型管换热器，但有时也是为了清洗方便，建议壳程壳体与管板采用法兰螺栓连接的结构形式，如下图的结构会更方便检修和清洗

2.管箱缺少人孔，换热器谁都无法保证换热管与管板焊接接头的泄漏、分层隔板的泄漏等等，如果没有人孔，检修很难操作，做过很多高压换热器都是带有不同结构形式的人孔。

3.换热管与管板的焊接接头设计和强度计算，要保证足够的焊缝深度，曾经遇到很多高压换热器失效，大部分都是在换热管与管板连接处，

根据管程的设计压力，建议采用深坡口的焊缝。

4.如果你做过换热器整体应力分析，你会发现这样的换热器通过增加管板的厚度来保证换热管与管板连接处的强度没有任何的意义，因为管板已经很厚了，管板的弯曲变形非常小，对换热管与管板连接处的弯曲应力贡献也不大。

5.GB/T151-2014标准里面，对管板厚度方向的温差计算是没有考虑的，管板越厚，热阻越大，同样的温差，热流量就越小，温度变化时温差应力就越大。所以像这样的厚管板建议采用有限元做个热分析。。。。

6.管板凸肩的设计，内倒角大小要根据计算的应力值来确定，比如有疲劳的工况，那么倒角可适当大一些，但不要过大影响布管，凸肩的高度也是有要求的，不要影响B类焊缝RT的拍片,（注：GB/T150划分为B类焊缝，ASME划分为C类焊缝大家可以自己去查阅）

凸肩高度的确定按照如下

倒角R不能太小，R大于等于R10,如果太小，对于这样的高压换热器来说就是应力集中了，而不是消减应力，起不到想要的作用。

凸肩高度H值也有相应的规定，如上图所示，实际设计要同时考虑R和H，同时也要考虑成本。

7.管箱开孔建议采用安放式焊接结构，可减小开孔直径

8.管箱开孔要与凸肩保持一定的距离，否则应力不能完全衰减会导致应力的叠加。

9.球形封头与管箱筒体的焊缝，该位置是应力较高的位置，我一般都是做成如下的结构，保证内壁曲线吻合，不出现突变，应力也会均匀分布

10.封头开孔已经超过了封头直径的1/2，属于大开孔的范围了，D类焊缝建议做体积检测和表面检测，保证焊接的质量，同时补强锻件的外伸高度，建议采用JB/T4732的补强方法进行，外伸过高浪费材料，过低不能满足应力的衰减和补强。

11.分层隔板要根据压差进行计算，连接板与管板和壳体的焊接，通常采用堆焊层与连接板焊接，这样的换热器通常都是CrMo耐热钢材料，需要进行整体的热处理。如果直接焊接连接，要保证焊缝圆滑过渡，不要因为分层隔板的变形对管板产生裂纹。