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1.5.3 管式自支撑
为简化管束支撑、使换热器更加紧凑，近年来开发出一些自支撑管，如刺孔膜片管、螺旋扁管和变截面管等。这类自支撑管依靠管子自身的一部分如刺孔膜片、螺旋线或变径部分的点接触来支撑管束，同时又组成壳程的扰流元件，增大了流体自身的湍流度，破坏了管壁上的流体边界层，从而使壳程传热得到进一步增强。
1.6 列管换热器的分类
换热器按照结构形式可分为：固定管板式换热器、浮头式换热器；U形管换热器；填料函式换热器。
1.6.1 固定管板式列管换热器
固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。
固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。
图1.1 固定管板式换热器
1.6.2 浮头式列管换热器
浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。它的特点是可在高温、高压下工作，可用于结垢比较严重的场合，可用于管程易腐蚀场合但是，结构复杂，金属材料耗量大，成本高20%。
1.6.3 U型管列管换热器
U型管换热器的换热器传热管束是呈U形弯曲换热器，管束的两端固定在同一块管板的上下部位，再由管箱内的隔板将其分为进口和出口两个部分，而完全消除了热应力对管束的影响。U型管换热器的结构简单、应用方便，但很难拆卸和清洗。
综合考虑以上换热器的结构特点以及优缺点，本设计选用列管换热器中的固定管板式换热器。
1.7 课题研究的内容
本文的研究内容主要包括总体方案的确定，物性参数确定，热力计算，阻力计算，细部结构（接管，折流板，法兰和管箱等）的设计以及强度校核等。（1）按照温度，换热面积等要求确定总体方案，选择固定管板式列管换热器以及确定半水煤气走壳程，变换气走管程；（2）根据半水煤气，变换气的中一氧化碳，二氧化碳，硫化氢等各气体组分的性质，得到其物性参数，并进行热力计算，阻力计算；（3）据热力计算的结果，进行细部结构设计。选择材料，计算筒体壁厚，确定接管，折流板，管箱等的尺寸。（4）进行强度校核。计算校核管板厚度，筒体轴向应力，管子拉脱力和轴向应力等，分析是否要加膨胀节并设计开孔补强和支座。
1.8 创新点及难点分析
在日常的压力容器设计工作中，经常会遇到开孔补强问题。压力容器开孔以后，不仅整体强度受到削弱，还造成开孔边缘局部的高应力，加上接管上还有其他载荷引起的应力，而开孔接管在制造焊接过程中不可避免地会形成缺陷和残余应力，开孔和接管附近成为压力容器的薄弱部位。必须充分考虑开孔补强问题。