多管程换热器Ad的计算.doc

多管程管壳式换热器隔板槽面积的计算设备室 白建涛 摘 要：本文阐述了对Ad（布管区内而未布管的区域面积）的理解，并且给出了几种典型排列方式下此值的计算公式，供换热器结构设计参考。关键词：Ad；k；管板计算1. 前言由于多管程换热器在满足流量和压降的前提下，能达到强化传热的目的，所以在化工生产中应用非常广泛，但此类换热器较单管程换热器在管板计算时要稍复杂些。在我们使用SW6设计软件计算时，打开“管板设计数据输入1”对话框，会发现程序要求我们输入隔板槽面积（Ad），但笔者认为“隔板槽面积”这种提法很不妥当，它导致很多设计者认为“隔板槽面积”就是管板上开槽截面的面积，这是不准确的，因为GB151-1999管壳式换热器中对Ad的定义是“在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未被换热管支承的面积” 。所以本人认为称Ad为“布管区内未布管的区域面积”更为合适。 2. Ad的计算对于管孔为三角形排列的管板，其每根管子对管板的支承的作用面积是以管孔中心为圆心，以换热管中心距S为内切圆直径的正六边形面积，即0.866S2 。对于正方形排列的管板，每根管子对管板的支承的作用面积是以管孔中心为圆心，以S为边长的正方形面积，即S2 。理论上Ad应该是由于设置隔板槽的原因导致布管区内未布管的区域面积与由于设置拉杆的原因而使得布管区内未布管的区域面积之和。此值的重要性在于， 第一，此值影响到管板布管区当量直径（Dr），进而影响了管板周边不布管区无量纲宽度，即我们常说的k,而k值又是判定管板设计是使用常规设计方法 （GB151）还是使用分析设计方法（JB4732）的依据。另一方面，在SW6计算程序里合理变动此值的大小，我们不难发现管板厚度也是有所变化的，所以对Ad的正确取值取对管板的计算十分重要。1. GB151-1999管壳式换热器中，给出了三角形排列及正方形排列的双管程管壳式换热器管板Ad的计算公式，具体计算公式如下：对于正三角形排列：Ad=nS（Sn-0.866S）对于正方形排列：Ad=nS（Sn-S）式中：S换热管中心距，mm；Sn隔板槽两侧相邻两管中心距，mm；n沿隔板槽一侧的排管根数；Ad在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积，mm2。GB151考虑到由于设置拉杆而使得布管区内未布管区域的面积较小，对计算结果影响不大，所以上述公式只考虑了因设置隔板槽的需要，而未能被换热管支承的面积。不过，笔者认为还是应该考虑此区域的面积，虽然此面积很小，但对于小直径换热器来说，其所占的比例也很大的。所以本人认为对于双管程管壳式换热器管板，此值的计算公式应修正为：对于正三角形排列：Ad=nS（Sn-0.866S）+n0.866S2对于正方形排列：Ad=nS（Sn-S）+nS2式中：n布管区范围内，设置拉杆的根数；2. 对于转角正三角形排列及转角正方形排列的双管程管壳式换热器管板Ad, GB151-1999管壳式换热器没有给出计算公式，以下是这两种情况的推导公式，供设计参考。2.1换热管转角三角形排列Ad的计算图1. 转角三角形排列布管区内未布管区域面积示意图理论上，根据图1几何图形面积叠加求和得到：Ad=1.732nS(Sn-S)+0.866nS2+n0.866S2=1.732n S(Sn-0.5S)+0.866nS2式中：n布管区范围内，设置拉杆的根数；n沿隔板槽一侧的排管根数；2.1换热管转角正方形排列Ad的计算图2. 转角正方形排列布管区内未布管区域面积示意图理论上，根据图2几何图形面积叠加求和得到：Ad=1.414nS(Sn-1.414S)+nS2+nS2=nS(1.414Sn-S)+nS2式中：n布管区范围内，设置拉杆的根数；n沿隔板槽一侧的排管根数；3. 四管程换热器Ad的计算3.1换热管三角形与转角三角形排列图3. 三角形排列布管区内未布管区域面积示意图理论上，根据图3几何图形面积叠加求和得到：Ad= n”S（Sn-0.866S）+0.866(n-1) S2+1.732(n-1)S+Sn(Sn-S) +0.866nS2 由于此计算公式较复杂，我们假设此面积是两条双管程管壳式换热器管板的Ad之和，然后扣除重复计算部分的面积。这样我们可以近似取值：Ad1.732nS(Sn-0.5S)+ n”S（Sn-0.866S）- S2+0.866nS2式中：n布管区范围内，设置拉杆的根数；n沿横向隔板槽一侧的排管根数；n”沿横向隔板槽一侧的排管根数；3.2换热管正方形排列图4. 正方形排列布管区内未布管区域面积示意图根据图4几何图形面积叠加求和得到：Ad= (n-1)S+Sn(Sn-S)+(n”-1)S(Sn-S) +nS2式中：n布管区范围内，设置拉杆的根数；n沿横向隔板槽一侧的排管根数；n”沿横向隔板槽一侧的排管根数；3.3换热管转角正方形排列图5. 转角正方形排列布管区内未布管区域面积示意图理论上，根据图5几何图形面积叠加求和得到：Ad=1.414（n-1）S+Sn(Sn-1.414S)+(n”-1)S2+1.414(n”-1)S(Sn-1.414S)+nS2同样我们也假设此面积是两条双管程管壳式换热器管板的Ad之和，然后扣除重复计算部分的面积。这样我们可以近似取值：AdnS(1.414Sn-S)+ n”S(1.414Sn-S)- S2+nS2式中：n布管区范围内，设置拉杆的根数；n沿横向隔板槽一侧的排管根数；n”沿横向隔板槽一侧的排管根数；4. 其它多管程换热器Ad的计算其它多管程换热器无论何种排管方式，都可以按照上述给出的双管程管壳式换热器管板的Ad的计算公式，先分别按两管程计算，然后相加，最后扣除重复计算的面积就可以得到比较近似的数值。另一种计算方法是先使用AutoCAD画出所要求的Ad的几何图形，建立面域，然后用list或area命令