特殊换热器种类之双管板换热器

换热器是一种实现物料之间热量交换的节能设备，它广泛应用于国民经济的各个领域。在生产中为了防止腐蚀和污染，以及满足工艺流程、劳动保护、安全生产等方面的要求，通常采用双管板换热器来解决。

在换热管端部有一块管板，称为外侧管板，也就是管程管板，兼作设备法兰，与换热管及管箱法兰相连接。在距换热管端部较近的位置还有一块管板，称为内侧管板，即壳程管板，与换热管及壳程相连接。外侧管板与内侧管板之间有一定的距离，这部分空间可以用一个短节跟外界隔离开，组成一个不承受压力的隔离腔；也可以是一个敞开的结构。

双管板换热器的应用

双管板换热器是在换热器一端设有一定间隙的两块管板或相当于有一定间隙的两块管板的换热器，在实际操作中，双管板换热器一般用于以下两种场合：一种是绝对防止管壳程间介质混串的场合，例如，对壳程走水、管程走氯 气或氯化物的换热器，若壳程中的水与管程中的氯 气或氯化物接触，就会产生具有强腐蚀性的盐酸或次氯酸，并对管程材质造成严重的腐蚀。采用双管板结构，能有效防止两种物料混合，从而杜绝上述事故的发生；另一种是管壳程间介质压差很大的场合，此时通常在内外管板之间的空腔中加入一种介质，以减小管壳程间介质的压差。

在如下情形时，换热器管程和壳程介质严格禁止混合，则常常采用双管板结构：

①当管程和壳程二介质相混合后会引起严重腐蚀；

②一侧为极度或高度危害介质渗入到另一侧会引起严重后果；

③当管程和壳程介质相混合后两种介质会引起燃烧或爆炸；

④当一种介质混入另一种介质时，引起催化剂中毒；

⑤管程和壳程介质相混合后会引起聚合或生成树脂状物质；

⑥管程和壳程介质相混合后会引起化学反应终止或限制；

⑦管程和壳程介质相混合后，引起产品污染或产品质量下降。

双管板换热器的结构

双管板换热器采用固定管板结构，管束不能抽出清洗，这是与单管板换热器可采用多种结构型式、管束可以抽出清洗不同的地方。对于温差较大的双管板换热器，筒体上可加装波纹膨胀节；而单管板换热器除可考虑筒体上加装波纹膨胀节外，常采用浮头或U型管型式来补偿。

对于双管板换热器，存在两种设计理念的认识：一种认为双管板换热器用于绝对防止管壳程间介质混串的场合，设计在内外管板之间空腔上加装排液倒淋阀，供日常观察和内管板发生泄漏时排放，使得管壳程介质切实被内外二层管板隔离。这是采用双管板结构型式的主要目的。

另一种认为双管板换热器可用于管壳程间介质压差很大的场合，设计在内外管板之间的空腔中加入一种介质，来减小管壳程间介质的压差。这和一般单管板换热器一样，不能绝对保证外管板上管口不发生泄漏。

双管板之间的隔离腔是与单管板换热器结构主要区别之处，该隔离腔不与管程、壳程相连通，不承受介质压力，但承受设备的机械载荷与热载荷。隔离腔的承载能力主要取决于双管板间距。对固定式双管板进行壳程水压试验时，内侧管板与换热管连接处可能存在泄漏，故在确定双管板间距时必须考虑观察、检漏所需要的最小空间。

双管板换热器的工作原理

1.物料通过卫生级钢管束内进行流动，冷媒或热媒在相反的方向通过外管路流动，换热管束的末端采用双管板紧固，同时作为渗漏监测点，防止物料和换热媒介双向交叉污染。

2.换热器采用双管板结构设计，使管程和壳程分别采用各自的管板进行连接，打破传统列管换热器管程和壳程共用一个连接管板，最大限度的降低了交叉污染的风险，便于及时发现泄漏隐患，确保用户安全地生产。

3.换热列管为316L卫生级管道，表面光滑，直通结构，没有死角，清洁方便、彻底，设备最低点均有排空阀，有利于物料、清洗水及在线灭菌后的凝水排空。全排空设计避免产品接触部位出现死角，能够预防微生物的滋生，易于清洗和灭菌。

4.换热器采用316L不锈钢制作，也可按客户要求的材质制作，与物料接触的管道内表面粗糙系数从0.25μm到0.4μm，适合采用CIP/SIP进行在线高温清洗灭菌。

双管板换热器的相关计算

对于某一换热器而言，当管子的中心距和排列方式确定后，最外圈换热管的外切圆尺寸就是一定值，按照式(1)和式(2)就能算出间隙G值。中心距的大小按照壳程管板与管子连接方式的不同而不同，采用强度胀接时的中心距可参照GB151《管壳式换热器》中的有关规定。但当管板与管子采用焊接时，换热管中心距要加大，否则因焊条角度不合适将难以焊接，甚至无法焊接，焊接质量更是无从谈起。

双管板换热器的壳程管板与管子采用焊接后会使管子的中心距增加，从而使设备的直径加大，成本有所增加。但它的优势也很突出，特别是设备投入使用后，下管板与管束采用焊接的就易于检修，而采用胀接的基本上就无法检修。在化工生产中，设备的投资是一次性的，总希望生产能长周期连续运行，检修时间越短越好。因此，双管板换热器的下管板与管束能采用焊接时应尽量采用焊接，特别是在间隙G不是较大的情况下，胀焊并用，效果更佳。

双管板换热器的制造双管板换热器制造

双管板换热器制造过程中关键要控制四块管板的同轴度、平行度、扭曲度及其与壳体轴线的垂直度，这样大大可保障设备的制造质量，也可保障换热管与管板的连接性能。

1、壳体

要严格控制有关几何尺寸和方位。错边量、棱角度和无损探伤按GB150-1998规定执行，周长、圆度和直线度按GB151规定执行，壳体长度按图样规定。检查壳体两端面平行度与壳体轴线垂直度，在两端面标出对称的十字中心线，且两端面中心线连线(方位线)平行于壳体轴线，该标记线是组对双管板的基准之一。用与折流板外径相等的圆盘模板工装预先检测壳体内径与直线度，确保折流板外径和壳体内壁有一定间隙，使管束能顺利装入壳体。

2、双管板换热器的管板及折流板

在双管板换热器中，换热管的端部的管板称为外管板，此管板兼作设备法兰，分别与换热管及管箱法兰相连；在距换热管端部较近位置的管板称为内管板，分别与换热管和壳程相连。

采用数控钻床钻孔，控制管孔直径、垂直度及管孔间距。为利于穿管，管板和折流板的钻孔方向应与穿管方向一致。按图样和GB151规定对单块管板管孔进行检验，特别是内侧管板管孔内不允许有贯通性的螺旋形或纵向条痕。把两组双管板分别按钻孔方向叠置，找同心，用换热管逐孔预穿。将折流板叠置钻孔，按钻孔方向逐块做顺序号和正反面标记。每块折流板正反面的管孔均要仔细倒角、清除毛刺，防止穿管时损伤管子外表面。把双管板和折流板按钻孔的方向顺序叠置，用换热管逐孔预穿。

3、双管板预装

清除管孔内和管板面的毛刺、铁屑、锈斑及油污等影响胀接质量的异物。将每组双管板用50ｍｍ长的定位筋板连接成1个整体,调整每组双管板的同心度、平行度和扭曲度,用换热管逐孔预穿之后,按焊接工艺分别固定焊成2组双管板。

4、管束与壳体组装

在壳体内组装拉杆、折流板,并进行穿管的方法较为稳妥,有利于控制2组双管板的组装质量。最好使用刚出厂的外表面光滑的管子,杜绝使用有腐蚀坑的换热管。按壳体的方位线先组对第2组双管板,调整第2组双管板与壳体的垂直度和同心度。在壳体内把拉杆装于内侧管板2上,按钻孔的顺序组对折流板。

每装1块折流板,就从外侧管板2密封面方向穿入梅花形的数组换热管。其目的是自然调整折流板与管板的同心度。待用螺母紧固折流板之后,可从折流板朝外侧管板2方向穿入全部换热管。换热管伸出外侧管板2的长度大于双管板间距的2倍。最后组装第1组双管板,测量外侧管板1和内侧管板1的同心度、平行度和扭曲度及2组双管板之间距。穿入全部换热管后,以外侧管板面为基准,调整换热管伸出管板面的长度为3～4ｍｍ。双管板与换热管连接的顺序为,先胀接内侧管板与换热管,后焊接外侧管板与换热管。

5、内侧管板与换热管的液压胀接

采取二次胀接法。采用胀接工艺评定试验选取的工作胀接压力进行第1次液压胀接,然后以等于或略大于第1次的胀接压力再胀接一遍。二次胀接法虽然延长了液压胀接的作业时间,却是防止双管板漏胀的有效措施。采取连续的柔性链式胀接顺序。

例如从管板顶部开始,第1行从右侧开始向左侧胀接,第2行从左侧向右侧胀接,依此类推,直至管板底部胀完。为防止漏胀或重胀,在现场布置相同的管板图,逐孔胀接并做标记。根据胀接情况,要不定期地复检胀杆轴定位尺寸,确保液袋位于管板孔的胀接范围之内。

6、外侧管板与换热管焊接

按焊接工艺要求,采用氩弧焊,先焊接第1层,进行压力为0.05ＭＰａ的气密性试验。然后采用氩弧焊再焊接第2层,进行100%ＰＴ检查。

7、压力试验

首先按图样压力进行壳程的水压试验,从隔离腔的空间检查管子与内侧管板的连接质量。壳程水压试验合格后,组焊隔离腔的哈呋短节使之成为密闭的腔体。按图样压力进行气密性试验。分别在隔离腔下方的2个排泄孔安装透明的Ｕ形管检验工装,Ｕ形管内加水,保持一定的水平液位。

如若有试验气体微渗漏时,则Ｕ形管内的水平液位就会发生变化,以气密性试验时Ｕ形管内仍保持液位水平为合格。按图样要求进行壳程氨渗透试验,在隔离腔的排泄孔贴试纸,试纸不变色为合格。然后按图样要求对隔离腔进行气密性试验,最后对管程进行水压试验和气密性试验。

双管板换热器和单管板换热器的结构与使用性能的比较

从结构、用途、制造等方面比较了双管板换热器和单管板换热器。同单管板换热器相比，双管板换热器管程壳程间泄漏概率低得多；受力状况更好。

1、双管板换热器与单管板换热器结构比较

从结构看，双管板换热器采用固定管板式结构，管束不能抽出清洗。实际使用表明，采用机械胀管法制造的双管板换热器，可以满足使用要求。

双管板换热器采用固定管板结构，管束不能抽出清洗,，单管板换热器可采用多种结构型式，管束可以抽出清洗。对于温差较大的双管板换热器，简体上可加装波纹膨胀节；而单管板换热器除可考虑简体上加装波纹膨胀节外，常采用浮头或U型管型式来补偿。

对于双管板换热器，存在二种设计理念的认识：一种认为双管板换热器用于绝对防止管壳程间介质混串的场合，设计在内外管板之间空腔上加装排液倒淋阀，供日常观察和内管板发生泄漏时排放，使得管壳程介质切实被内外二层管板隔离，这是采用双管板结构型式的主要目的。

另一种认为双管板换热器可用于管壳程间介质，压差很大的场合，设计在内外管板之间的空腔中加入一种介质，来减小管壳程间介质的压差。这和一般单管板换热器一样，不能绝对保证外管板上管口不发生泄漏。

2、双管板换热器与单管板换热器使用上的比较

单管板换热器最常见。在使用中除经常出现垫片螺栓法兰接头密封泄漏外，还会出现管板上的管口泄漏，以及焊接裂纹等。单管板换热器管板上的管口泄漏大部分出现在焊接收弧处。焊接收弧时气体未放干净，有砂眼。双管板换热器具有内外双层管板，如果内管板管口泄漏，还有外管板防护。

双管板换热器筒体大法兰盘锥体小端与筒体结合部位于内外管板间形成的空腔外边上，空腔中无介质或介质压力很小。受力状况好于单管板换热器。另外,双管板换热器压力试验要打遍压(管程，两内管板之间的壳程,两侧内外管板之间的腔体)，单管板换热器压力试验要打2～3遍压(管程,壳程或管程，壳程，小浮头)。

3、双管板换热器与单管板换热器制造的比较

①制造费用不同：双管板换热器与单管板换热器相比，增加部分为两个外管板,两个内外管板之间的腔体和腔体中的换热管。

② 胀接不同：通常换热管和管板的连接大致有四种形式,即强度焊(常见氩弧焊),强度胀,强度焊+贴胀,强度胀+密封焊, 其差异主要反映在管孔是否开槽和焊接坡口及管子伸出长度等方面. 胀接可分为非均匀胀接(机械滚珠胀接), 均匀胀 接(液压胀接,液袋胀接,橡胶胀接,爆炸胀接等)。

双管板换热器设计要求采取强度焊+强度胀,采用液压胀管法。

单管板换热器一般设计要求采用强度焊+ 贴胀,采用机械胀管或手工胀管即可。

总结：

双管板换热器作为主要用于高温、高压、易燃、易爆、有毒或较强腐蚀介质的换热器的工况下，若要更好地推广应用，必须掌握好设计、制造、运行、维护各个环节，其中很重要就是双管板换器制造质量要好，要求较高的制造精度，同时换热管质量要好，保证在使用中不出现换热管壁破裂的情况。