U型管换热器空气加热器设计及有限元分析+CAD图纸(6)
换热换尺寸有小管径和大管径两种。采用小管径，可使单位体积的传热面积增大、结构紧凑、金属消耗量减少、传热系数提高。管程通过的蒸汽应该属于较清洁的流体，由此选择了小管径的换热管。
换热管长度（m）：1
换热管的规格和尺寸偏差：根据GB/T 8163
管子规格（mm）： 外径： 偏差：
壁厚：2 偏差：
换热管的中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，中心距S：25mm；
取分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn：38mm；
布管限定圆：
布管限定圆DL为管束最外层换热管中心圆直径，根据GB151-1999表13可知U形管式换热器DL计算式为：
； (2.9)
；
其中， ，故取b3=10mm；
b3——U型管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离；
Di——换热器筒体内直径，mm；
bn——垫片宽度，取16mm；
b——14mm；
b1——3mm；
b2——bn+1.5=17.5mm；
除了考虑布管限定圆直径外，换热管与防冲板间的距离也许考虑。通常，换热管外表面与邻近防冲板表面间的距离，最小为6mm。换热管中心线与防冲板的板厚中心线或上表面之间的距离，最大为换热管中心距的 。
2.5 U形换热管设计
U形管弯管段的弯曲半径R应不小于两倍的换热管外径，由GB151-1999管壳式换热器 表11选取换热管最小弯曲半径：30mm。
换热管弯曲前在管子弯管部分的最小壁厚δ0 ：
； (2.10)
；
其中：
D0—换热管外径，mm；
R—弯管段的弯曲半径，mm；
δ0—弯曲前换热管的最小壁厚，mm；
δ1—直管段的计算壁厚，mm。
2.6 管板设计
管板的作用是用来排布换热管，将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合；承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。
管板的最小厚度除满足强度设计要求外，当管板和换热器采用焊接时，应满足结构设计和制造的要求，且不小于12mm。
当管板与换热管采用胀接时，管板得最小厚度（不包括腐蚀裕度）应不小于换热管直径。
U型管换热器仅有一块管板，采用可拆式连接，管板通过垫片和螺柱与壳体法兰和管箱法兰连接。
图2.5 a型管板设计结构
2.6.1 管板与换热管的连接
换热管与管板的连接方法主要有强度胀、强度焊和胀焊并用。胀焊并用不仅能提高连接处的抗疲劳性能，而且还可消除应力腐蚀和缝隙腐蚀，提高使用寿命。空气加热器是气体与气体之间的热量交换，需要较高的密封性能，所以选择胀焊并用作为换热管与管板的连接方法。
GB151-1999及有关标准中仅提出胀焊并用的管板连接方法，而对于是先焊后胀，还是先胀后焊，并未明确规定。根据某公司近十年来所制作的换热器试压泄漏率、运行一年和三年后泄漏率的不完全统计，换热器管板胀焊并用时的胀接与焊接顺序对换热器管板的质量有很大的影响。其结果是按焊+焊+胀的顺序制作的换热器，既克服了角接接头H值偏小的缺陷，又避免了析出型气孔的产生，泄漏率低。调查中具体胀焊顺序和泄漏率见表2.1。为了提高密封性能，所以空气加热器设计也将采用焊+焊+胀的顺序。