换热器工艺设计规定SDEP-SPT-PE2004-20061 范围本规定规定了管壳式换热器的选型和设计的工艺要求本规定（程序）适用于新建石油化工工艺装置的工艺设计，改建、扩建的工艺装置的设 计可参照执行适用于单台传热面积大于0.5m2的管壳式换热器、板式换热器、套管式（Double pipe）和多管式套管（Hair-pin）换热器，但不适用于蒸汽表面冷凝器2 规范性引用文件下列规范或标准中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款凡是注日期的引用文 件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用本规定凡是不注日期的 引用文件，其最新版本适用于本规定《管壳式换热器》GB151-1999 （2002）（附加2002年第1号修改单）TEMA 管壳式换热器制造协会标准《Shell and Tube Heat Exchangers》API 660《Plate Heat Exchangers for General Refinery Service, Petroleum Natural GasIndustries》API 6623 术语与定义换热器用于传递两股工艺物流间的热量广义来说，任何用于改变物流焓值的无火换 热设备均可称为换热器。
下列术语和定义适用于本规定3・1 管壳式换热器（Shell and t ube heat exchanger）由壳体和大量换热管子组成，换热管按一定的形式排列，端部固定在管板上，换热介质 分别流经管内（管程）和管外（壳程）进行换热这种换热器称为管壳式换热器3.2 套管式换热器（Double-pipe heat exchanger）套管式在壳内有一根翅片管或一根光管，其基本结构是两个同心圆管、两个连接的壳体 支座、一个U型回弯头及法兰等组成换热介质分别流经内管内（管程）和环隙（壳程）进行换热3.3 多管式套管换热器(Hairpin heat exchanger)多管式套管换热器的结构与套管式基本一致，但是其传热管为二根或两根以上3.4 板式换热器(Plate-frame heat exchanger)按照设计的数量和顺序，将由薄金属板压制的换热板片紧固在固定压紧板和活动压紧板之间，相邻板间隙形成流体流动通道，介质通过换热板片进行传热4 管壳式换热器的选型4.1 管壳式换热器基本分类根据管壳式换热器的结构特征，按照TEMA和GB151的分类方法，管壳式换热器的型式分类见表 4.14.2 壳体的选择石油化工装置用换热器壳体通常应选择“E”型，以下情况除外：a） 当换热器内发生温度交叉时，可采用“F”型换热器，替代多台的多管程换热器串 联方式，以节约投资和占地。
b） 当壳程流体的允许压降较小，且“E”型不能满足要求时，可采用“J”型、或“X” 型、“H”型、或“G”型c） 对于壳程沸腾且汽化率大于50%时，可考虑用“K”型4.3 管箱的选择石油化工装置常用的管壳式换热器有：固定管板式、 U 形管式和浮头式4.3.1 固定管板式换热器选用条件：a) 管子和壳体因热膨胀引起的应力不超过设计应力的范围b) 壳程介质不易结垢，或壳程污垢便于化学清洗c) 开、停车或其他工况下临时用的换热器4.3.2 U 形管式换热器选用条件：a) 管侧不需要机械清洗时，可以采用U形管b) 管程污垢便于化学清洗4.3.3 浮头式换热器选用条件除 4.3.1 和 4.3.2 以外，可选择浮头式换热器通常，选择“B”型作为前封头对于水冷却器，当管侧需要定期清洗时，前封头可选 择“A”型对于固定管板式，宜选择“M”型作为后封头；而对于浮头式，应选择塔”型作为后封 头浮头式换热器的壳径应大于 DN3005 管壳式换热器机械参数的确定5.1 管程5.1.1 管壳式换热器常用换热管规格除特殊情况外，换热管长度不应大于12m对于U形管，其长度是指直管段长度表5.1-1 列出不同材质的常用国外光管系列(英制)，表5.1-2列出国产光管系列，高 压换热器所采用的换热管规格不包括在内。
表 5.1-1 常用国外光管系列(英制)管子材质外径壁厚等级(SWG)壁厚mm(inch)mm(inch)铜或铜合金15.87(5/8)161.626(0.064)19.05(3/4)161.626(0.064)25.40(1)142.032(0.080)31.75(1 1/4)122.642(0.104)38.10(1 1/2)122.642(0.104)钢，铝15.87(5/8)142.032(0.080)或铝合金19.05(3/4)142.032(0.080)25.40(1)122.642(0.104)31.75(1 1/4)103.251(0.128)38.10(1 1/2)103.251(0.128)其他合金15.87(5/8)161.626(0.064)19.05(3/4)161.626(0.064)25.40(1)142.032(0.080)31.75(1 1/4)122.642(0.104)38.10(1 1/2)122.642(0.104)注：对于特殊材质，如钛管，可能会采用其他壁厚，表 5.1-2 常用国产光管系列材质外径壁厚mmmm铜或铜合金161.5191.5252.0钢，铝162.0或铝合金192.0252.5323.0383.0其他合金162.0192.0252.0322.5382.5其中最常用的是DN19mm和DN25mm的管子，DN16mm的管子仅适用于进出料换热器、且 操作介质较为干净的工况；DN32mm和DN38mm的管子只用于某些特殊的工艺设计，如换热器 的允许压降较小时。
5.1.2 换热管中心间距管子排列方式分 30、60、90 和 45 度，见图 5.1.2三角形布管的换热器传热系数较高； 但有机械清洗要求时，应采用45或90 度布管方式换热管中心距不宜小于1.25 倍换热管外径正三角形 转置三角形 正方形 转置正方形图 5.1.2 标准布管方式5.1.3 强化传热管 当管程为控制热阻时，应采用管内强化措施，如内插件等；壳程为控制热阻，应采用壳 程强化技术，如果垢阻较小时，可以采用翅片管，如波纹管等通常低翅片管只适用于污垢系数不大于0.17m2K/kW、且流体对翅片没有磨蚀作用的介 质翅片管的壁厚通常指基管的壁厚在管壳式换热器中不使用高翅片管，但在套管式和多管式套管换热器中可以使用纵向高 翅片管5.1.4 接管 对于管侧流体，下面几种情况应采取防止流体对管子末端磨蚀的特殊措施1) 对于气体和蒸汽，入口处的P v2超过7000kg/(m- S2)2) 对于液体，入口处的P v2超过9000kg/(m- s2)5.2 壳程5.2.1 壳径管壳式换热器的公称直径不应小于150mm对于直径500mm以下，且材质为碳钢的壳体 可以应用现有的管材，计算时应注意以管子的内径作为壳体直径。
5.2.2 折流板和支撑板常用的折流板有以下几种形式：a) 单弓型：是最通用的类型b) 双弓型：压降比单弓形折流板低c) 三弓型：在层流和湍流区域内，三弓形的压降很低d) 窗口不布管：采用窗口不布管可以减少流体诱导振动，但损失传热面积e) 折流杆：可以减少流体诱导振动，降低压降 弓形折流板垂直切口适用于卧式冷凝器、重沸器、蒸汽发生器、携带悬浮物或严重结垢 的介质的换热器并在折流板最低处开通液口壳程为清洁单相流体时，用水平切口较好 如果液相中含有可能在换热器内逸出的气体，建议采用垂直切口折流板；如果采用水平切口 折流板，应在折流板的顶部开通气口；若介质为气体中带少量液体时，应在折流板最低处开 通液口对于管子无支撑跨距超过GB151或TEMA的规定值的0.8倍时，应在管束间设置支持板5.2.3 防冲板5.2.3.1 设置防冲板的条件当壳程进口的Pv2( p为流体密度，kg/m3; v为流体流速，m/s )值超过下列值 时，应设防冲板或导流筒，以防止流体对管束的冲刷：a) 非腐蚀、非磨蚀性的单相流体：P V2 > 2230kg /(m - s2)者；b) 其它液体，包括沸点下的液体：P V2 > 740kg/(m- s2)者。
c) 有腐蚀或磨蚀的气体、蒸汽、气液混合物均需设防冲保护5.2.3.2 壳体或管束进出口面积壳程和管束进、出口处流体流通面积应不小于进、出口接管流通面积，并且流体流经 进出口区域时的PV2值不许超过5950kg/(m - s2)5.2.4 接管换热器的物料进出口接管尺寸不应小于DN50，放空口和放净口除外所有管口连接采用法兰形式，并且要求在设备数据表中注明法兰规格接管尺寸未经允 许不得随意修改6 管壳式换热器的传热计算6.1 传热计算基本内容 管壳式换热器的传热设计和校核计算所采用的计算方法要求是被广泛应用的对于常规 换热器，最为通用的计算软件是HTRI和HTFS传热设计计算要求保证所计算的管子根数能够在壳体中完全排列，并且提供设备数据表 和设备简图，并且包括以下结构参数：壳内径管子外径和壁厚及长度管子排列方式和管间距管子根数和程数是否需要设置防冲板是否需要设置旁路挡板折流板切口率和切边方向支撑板折流板或支撑板间距物料管口尺寸放空或放净管口尺寸换热器形式、放置方向、流体流向6.2 流速6.2.1 管程介质管程介质为气体时，常用流速范围为5〜30m/s管程介质为液相油品时，合理流速一般为1.2〜2.5m/s，最大允许流速一般为2.7〜3 m/s,含固体颗粒的油品其最大流速不能超过1.8 m/s。
不同粘度下介质管内常用流速见表 6.2-1,易结垢流体（如冷却水）在管内流速应大于1 m/s表 6.2-1 管内介质常用流速流体粘度，cp>15001500-500500-100100-3535-1<1烃类最大流速，m/s0.60.751.11.51.82.436.2.2 壳程介质壳程介质为气体时，常用流速范围2〜15m/s 壳程介质为液体时，最大允许流速一般约为管程的一半易结垢流体（如海水，河水） 在壳程内流速应大于0.5m/s6.3 压降 换热器的压降首先必须满足工艺设计的要求，对于工艺设计无特殊要求的场合，其压降 可参照表6.3表 6.3 换热器的合理压降操作情况操作压力MPa（a）合理的压降MPa真空操作P=0 〜0.1AP=P/10低压操作P=0 〜0.07P=0.07 〜1.0AP=P/2AP=0.035中压操作（包括用泵输送的流体）P=1.0 〜3.0AP=0.035〜0.18较高操作压力P=3.0 〜8.0A P。