双管板式换热器(特殊换热器型双管板式换热器全套解决方案)

换热器是实现物质间热量信息资源交换的节能装置，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，并满足工艺流程、劳动保护、安全生产等要求。通常采用双管板式换热器来解决这一问题。

在换热管的末端有一个管板，称为外管板，即管程管板，它也作为设备法兰，与换热管和管箱法兰连接。在靠近换热管末端还有一种管板，称为内管板，即壳程管板，与换热管和壳程相连。外管板和内管板之间有一定的距离，这部分空可以通过一个短接头与外界隔离，形成一个无压力的隔离腔；或者它可以是开放结构。

双管板式换热器的应用

双管板换热器是在换热器的一端有两块有一定间隙的管板或相当于两块有一定间隙的管板的换热器，如图1所示。在实际运行中，双管板式换热器一般用于以下两种场合:一种是绝对防止壳程和管程之间介质的混合，例如，如果壳程的水与管程中的氯或氯化物接触，会产生高腐蚀性的盐信息源网酸或次氯酸，管程材料会被严重腐蚀。双管板结构能有效防止两种物料的混合，从而防止上述事故的发生；另一种是管与壳之间的压力差非常大的场合。此时，通常在内外管板之间的空腔内加入介质，以减小管与壳之间的压差。

在下列情况下，换热器的管壳严禁混装，所以往往采用双管板结构:①管壳混装时，会造成严重腐蚀；②一方具有极度或高度危害性的介质，如果渗入另一方，会造成严重后果；③当管程和壳程介质混合时，两种介质会引起燃烧或爆炸；④当一种介质与另一种介质混合时，引起催化剂中毒；⑤管程和壳程介质混合会引起聚合或树脂状物质；⑥管程和壳程介质的混合会导致化学反应的终止或限制；⑦管程和壳程介质的混合会造成产品污染或产品质量下降。

双管板式换热器的结构

双管板换热器采用固定管板结构，管束不能拔出清洗，与单管板换热器不同，单管板换热器可以采用多种结构形式，管束可以拔出清洗。对于温差较大的双管板式换热器，可在筒体上安装波纹膨胀节。但单管板换热器通常采用浮头或U型管式来补偿，除了筒体上可以安装波纹膨胀节。

对于双管板式换热器，有两种设计思路:一种是采用双管板式换热器，绝对防止管、壳程之间的介质混合，在内外管板空腔之间安装排水阀，用于日常观察和内管板泄漏时的排放，使管、壳程内的介质被内外管板有效隔离。这是采用双管板结构的主要目的。

另一个想法是双管板式换热器可以用在管程和壳程压差很大的场合。在内管板和外管板之间的空空腔中添加介质，以减小管侧和壳侧之间的压差。这和一般的单管板换热器一样，不能绝对保证外管板上的管口不漏。双管板之间的隔离腔是与单管板换热器结构的主要区别(见图1)。隔离腔不与管程和壳程相连，不承受介质压力，但承受设备的机械负荷和热负荷。隔离腔的承载能力主要取决于双管板之间的距离。固定双管板在壳侧进行水压试验时，内管板与换热管的连接处可能会有泄漏，因此在确定双管板之间的距离时，必须考虑观察和检漏所需的最小空间隔。

双管板式换热器的工作原理

1.物料流经卫生钢管束，制冷剂或热媒反方向流经外管。换热管束的端部用双管板紧固，双管板也作为泄漏监测点，防止物料与换热介质的双向交叉污染。

2.该换热器采用双管板结构设计，使管程和壳程分别由各自的管板连接，打破了传统的管管式换热器管程和壳程共用一个连接管板，最大限度地降低了交叉污染的风险，便于及时发现泄漏风险，保障了用户的安全生产。

3.换热管为316L卫生管，表面光滑，直通式结构，无死角，清洗方便彻底，设备最低点设有排水空阀门，有利于在线灭菌后物料、清洗水、冷凝水的排水空。全排空设计可以避免产品接触部位出现死角，防止微生物滋生，易于清洁和杀菌。

4.换热器材质为316L不锈钢，也可根据客户要求制作。与物料接触的管道内表面粗糙度系数范围为0.25m，适用于CIP/SIP在线高温清洗和灭菌。

双管板式换热器的相关计算

对于某一台换热器，当管的中心距和排列方式确定后，最外层换热管的外接圆尺寸为某一值，可根据公式(1)和公式(2)计算出间隙G值。根据壳程管板与管子连接方式的不同，中心距也不同。采用强度膨胀节时的中心距可参照GB151-99《管壳式换热器》中的有关规定。但管板与管子焊接时，应加大换热管的中心距，否则会因焊条角度不当而难以甚至无法焊接，焊接质量更无从谈起。

双管板换热器壳程管板与管子焊接后，管子中心距会增大，从而增大设备直径，增加成本。但它的优点也很突出，特别是设备投入使用后，通过焊接方式检修下管板和管束很容易，而通过胀接方式检修管束基本不可能。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，维修时间越短越好。因此，当双管板换热器的下管板与管束可以焊接时，应尽量采用焊接，特别是当间隙G不大时，胀接配合使用效果更好。

双管板式换热器制造双管板式换热器制造

在双管板式换热器的制造过程中，关键是控制好四块管板与壳体轴线的同轴度、平行度、扭曲度和垂直度，这可以极大地保证设备的制造质量和换热管与管板的连接性能。

1.壳

严格控制相关的几何尺寸和方位。偏移量、棱角和无损检测按GB150-1998的规定进行，周长、圆度和直线度按GB151的规定进行，壳体长度按图纸规定。检查壳体两端面的平行度和壳体轴线的垂直度，在两端面标出对称的十字中心线，两端面中心线的连线(方位线)与壳体轴线平行。这条标记线是组装双管板的基准之一。用与挡板外径相等的圆盘样板工具预先测试壳体的内径和直线度，保证挡板外径与壳体内壁之间有一定的间隙，以便管束能顺利装入壳体。

2.双管板换热器的管板和折流板

在双管板换热器中，换热管末端的管板称为外管板，兼作设备法兰，分别与换热管和管箱法兰连接。靠近换热管端部的管板称为内管板，分别与换热管和壳程相连。

用数控钻孔机钻孔，控制管孔直径、垂直度和管孔间距。为了便于穿管，管板和挡板的钻孔方向应与穿管方向一致。根据图纸和GB151规定，检查单管板孔，特别是内管板孔没有螺旋或纵向条纹。将两组双管板按钻孔方向叠放，找同心度，用换热管逐孔预螺纹。挡板叠放钻孔，按钻孔方向逐块做好序号和正反面标记。每个挡板正面和背面的管孔应仔细倒角和去毛刺，以防止管道穿过管道时损坏管道的外表面。双管板和挡板按钻孔方向依次叠放，用换热管预穿每个孔。

3.双管板预安装

清除管孔和管道表面影响膨胀节质量的毛刺、铁屑、锈斑、油污等异物。用50 mm长的定位筋板将每组双管板连接成一体，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，然后按照焊接工艺分别焊接固定成两组双管板。

4.管束和壳体的组装

在壳体内组装拉杆和挡板并穿管的方法相对安全，有利于控制两组双管板的组装质量。最好使用刚出厂的外表面光滑的管材，杜绝使用有腐蚀坑的换热管。根据壳体的方位线，先组第二组双管板，调整第二组双管板与壳体的垂直度和同心度。拉杆安装在壳体内的内管板2上，折板按钻孔顺序组装。

对于每个挡板，热交换管的梅花阵列从外部管板2的密封表面插入。目的是自然调节挡板和管板的同心度。在挡板用螺母紧固之后，所有热交换管可以从挡板朝向外部管板2穿透。热交换管伸出外部管板2的长度大于两个管板之间距离的两倍。最后组装第一组双管板，测量外管板1和内管板1的同心度、平行度、扭曲度以及两组双管板之间的距离。所有换热管穿入后，以外管表面为基准，将换热管伸出管表面的长度调整到3 ~ 4 mm。双管板与换热管的连接顺序为:先胀接内管板和换热管，再焊接外管板和换热管。

5.内管板与换热管之间的液压膨胀节

采用二次伸缩缝方法。利用在膨胀过程评估测试中选择的工作膨胀压力执行第一液压膨胀，然后利用等于或略大于第一膨胀压力的膨胀压力再次执行膨胀。二次膨胀节法虽然延长了液压膨胀节的运行时间，但却是防止双管板泄漏的有效措施。采用连续柔性扩链顺序。

例如，从管板顶部开始，第一排从右向左展开，第二排从左向右展开，依此类推，直到管板底部展开。为防止泄漏或再膨胀，现场应布置相同的管板图，逐孔制作膨胀节并做标记。根据膨胀节情况，不定期复查伸缩杆轴的定位尺寸，确保液袋在管板孔的膨胀节范围内。

6.将外部管板与换热管焊接在一起

根据焊接工艺要求，采用氩弧焊，焊接第一层，并进行压力为0.05 MPa的气密性试验。然后用氩弧焊焊接第二层，进行100% PT检查。

7.试压

首先根据图纸压力进行壳程水压试验，从隔离室的空检查管子与内管板的连接质量。壳体水压试验合格后，组装焊接隔离腔的哈弗短节，使其成为一个封闭腔。根据图纸压力进行气密性试验。在隔离室下方的两个排水孔内安装透明的U形管检查工具，并在U形管内加水，保持一定的液位。

如果试验气体有轻微泄漏，U形管内的水平液位会发生变化，气密性试验时U形管内的液位仍保持不变为合格。根据图纸要求，在壳程进行氨渗透试验，在隔离室的排水孔上贴一张试纸，试纸不变色即为合格。然后根据图纸要求进行隔离室气密性试验，最后进行管程水压试验和气密性试验。

双管板换热器与单管板换热器的结构和使用性能比较

从结构、使用和制造方面对双管板换热器和单管板换热器进行了比较。与单管板换热器相比，双管板换热器管程和壳程之间发生泄漏的概率要低得多。受力状况较好。

1.双管板换热器与单管板换热器的结构比较

从结构上看，双管板换热器采用固定管板结构，管束无法拔出清洗。实践表明，采用机械胀管法制造的双管板式换热器能够满足使用要求。

双管板换热器采用固定管板结构，管束不能拔出清洗。单管板换热器可采用多种结构形式，管束可拔出清洗。对于温差较大的双管板式换热器，可在简化体上安装波纹膨胀节；但单管板换热器通常采用浮头或U型管式来补偿，除了波纹膨胀节可以安装在简化管上。

对于双管板换热器，有两种设计思路:一种是采用双管板换热器，绝对防止管、壳程之间的介质混合，在内外管板空腔之间设计排水阀，用于日常观察和内管板泄漏时的排放，使管、壳程内的介质被内外管板有效隔离，这是采用双管板结构的主要目的。

另一种思路是双管板式换热器可以用在管程和壳程压差较大的情况下。在内外管板之间的空空腔中添加介质，以减小管和壳侧之间的压差。这和一般的单管板换热器一样，不能绝对保证外管板上的管口不漏。

2.双管板换热器与单管板换热器的比较

单管板换热器是最常见的。在使用中，除了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和焊接裂纹等。单管板式换热器管板喷嘴泄漏大多发生在焊接收弧时。焊接收弧时，气体排出不彻底，有砂眼。双管板换热器有内外管板，如果内管板的管口泄漏，外管板也受到保护。

双管板换热器筒体大法兰锥体的小端与筒体的连接处位于内外管板之间形成的空腔外，且空腔内无介质或介质压力很低。应力状况优于单管板换热器。此外，双管板换热器的压力试验应重复进行(管程、两块内管板之间的壳程和两侧内外管板之间的空腔)，单管板换热器的压力试验应重复进行2 ~ 3次(管程、壳程或管程、壳程和小浮头)。

3.双管板换热器与单管板换热器制造的比较

①制造成本不同:与单管板换热器相比，双管板换热器有两块外管板，两块内外管板之间有一个空腔，空腔内有换热管。

②不同的膨胀节:换热管与管板的连接一般有四种，即强度焊(普通氩弧焊)、强度焊+粘焊、强度焊+密封焊。区别主要体现在管孔是否开槽，焊接坡口和管的伸出长度。伸缩缝可分为非均匀伸缩缝(机械球伸缩缝)和均匀伸缩缝(液压伸缩缝、液袋伸缩缝和橡胶伸缩缝)。

双管板换热器的设计要求强度焊接+强度胀接，液压胀管法。

单管板换热器的一般设计要求是强度焊接+粘胀，可以采用机械或手动胀管。

总结: