化工设备基础10 换热器

四、填料函式换热器
结构特点：浮头式换热器的又一种改进， 结构特点：浮头式换热器的又一种改进，浮头移至壳 程外，用填料函密封壳程内介质的外泄。 程外，用填料函密封壳程内介质的外泄。 优点： 管束可以抽出， 优点：1、管束可以抽出，热应力可以消除 省去浮头式换热器的外头盖， 2、省去浮头式换热器的外头盖，内泄露易发现 缺点： 缺点：1、少量外泄难避免 适用要求： 适用要求：1、介质压力和温度不宜过高 介质无毒、不易燃、 2、介质无毒、不易燃、不易爆
三、U形管式换热器
1.只有一块管板，换热管弯成U形，管子两端均固定在 1.只有一块管板，换热管弯成U 只有一块管板 这块管板上，所有管子入口端集中在半块管板上， 这块管板上，所有管子入口端集中在半块管板上，出口 端集中在另半块管板上，中间用管箱分程隔板隔开； 端集中在另半块管板上，中间用管箱分程隔板隔开； 2.管子可以自由膨胀 管子可以自由膨胀； 2.管子可以自由膨胀； 3.管子可以抽出 管间易清洗；但管内不便清洗， 管子可以抽出， 3.管子可以抽出，管间易清洗；但管内不便清洗，不易 更换； 更换； 4.结构不紧凑 结构不紧凑。 4.结构不紧凑。
保证紧密性的方法： 保证紧密性的方法 •管板孔开槽； •胀接周边保证清洁； •管子硬度低于管板孔周边硬 度。 保证管端硬度较低并且低于管 板硬度的方法： 管端退火处理。 选材考虑。
2.焊接 2.焊接
优点： 优点：
①高温高压下能保证连接的紧密性 ②管板孔加工精度要求低于胀接 ③焊接工艺简单 ④压力不高时可用薄管板
板式换热器
由压成各种形状的薄板组成传热面， 由压成各种形状的薄板组成传热面，冷热两种介 质分别在相邻两板之间流动。 质分别在相邻两板之间流动。 板式换热器的传热效率虽然较高， 板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度 密封性能差，故其应用受到了限制。因此， 低，密封性能差，故其应用受到了限制。因此， 在生产中应用较多的是管壳式换热器。 在生产中应用较多的是管壳式换热器。
接管法兰
容器法兰
管板
排气管 拉杆 折流板
膨胀节 定距管 换热管
壳程接管
管箱
排污口 支座 管程接管
• 管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳 管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成， 换热器主要有壳体 体多呈圆筒形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。 体多呈圆筒形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。 • 在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行 在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动， 程称为管程 一种在管外流动，其行程称为壳程 管程； 壳程。 程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。流体在管内 每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。 每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。
五、管子与管板的连接
① 胀接
工具： 工具：胀管器
胀管过程发生： 管子端部——塑性变形； 塑性变形； 管子端部 塑性变形 管板孔边缘——弹性变形 管板孔边缘 弹性变形
胀管结束后： 胀管结束后： 管板孔边缘弹性回复， 挤压管端并贴紧。
优点：工艺简单方便； 消除间隙—避免间隙腐蚀。 缺点：温度升高时，管端会发生松弛—泄漏。 适用条件：p≤4.0MPa , t≤350℃。 注意：管端硬度＜管板硬度。
主要零部件
一、壳体 二、管箱
换热器的封头称为管箱。 换热器的封头称为管箱。 它由封头、短节、法兰和分程隔板等零件构成。 它由封头、短节、法兰和分程隔板等零件构成。 增加短节的目的是保证管箱有必要的深度安置接 管和改善流体分布。 管和改善流体分布。 单管程的，管箱中没有分程隔板。双管程结构， 单管程的，管箱中没有分程隔板。双管程结构， 前管箱中有一块分程隔板， 前管箱中有一块分程隔板，分程隔板与管箱之间 是借助密封垫片压紧密封。 是借助密封垫片压紧密封。
3）夹壳式膨胀节
4）波纹管
管壳式换热器机械设计内容
1.壳体直径及壁厚； 2.封头法兰、管件及补强； 3.管板结构及强度； 4.细部连接结构； 5.附件结构； 6.管子拉脱力验算； 7.壳体热应力校核； 8.支座设计。
分程隔板：单层及双层

七、折流板及支撑板
作用： ①提高壳程流体流速，改变流动方向—提高传热效率 提高壳程流体流速，改变流动方向— ②支撑换热管 形式：a.弓形；b.圆盘-圆环形；c.扇形。 形式：a.弓形；b.圆盘-圆环形；c.扇形。
八、旁路挡板
壳体与管束之间存在有较大间隙时，为避免流体走短 路，沿纵向设置板条，迫使流体穿过管束。
2.正方形和转角正方形排列 2.正方形和转角正方形排列
3.组合排列
管间距—— 管间距——换热管中心距 ——换热管中心距 要考虑到： 管板强度； 清洗空间； 管子在管板上的固定方法…… 管子在管板上的固定方法…… 中心距≥1.25倍管子外径 中心距≥1.25倍管子外径
四、管板 1、它是一个被密布的管孔所削弱了的圆型平板，要考 虑管孔对板的强度与刚度的削弱。 2、管板是被支承在由管束所构成的弹性基础上。 3、管板不但与管束而且与壳体均是刚性连接，壳壁的 热变形及由壳程压力、管程压力引起的壳壁轴向伸 缩会受到管束和管板的约束，从而在管板上就要受 到壳壁作用给它的力和力矩。这些因素也都将影响 管板的强度计算结果。 4、当管板兼作法兰时，管板对法兰除有加强作用外， 法兰力矩反过来对管板应力也有影响，因而凡决定 法兰力矩的参数都会影响管板尺寸的确定。
二、浮头式换热器
两端管板，一个固定，另一个是浮动的。 两端管板，一个固定，另一个是浮动的。 优点：1.管束可以抽出，便于清洗； 优点：1.管束可以抽出，便于清洗； 管束可以抽出 2.小管板在壳体内可滑动， 2.小管板在壳体内可滑动，管束的热变形不会 小管板在壳体内可滑动 受壳体约束，消除热应力； 受壳体约束，消除热应力； 缺点：1.结构复杂，造价高，且浮头内漏不便检查； 缺点：1.结构复杂，造价高，且浮头内漏不便检查； 结构复杂 2.管束与壳体间隙较大 影响传热。 2.管束与壳体间隙较大——影响传热。 管束与壳体间隙较大 影响传热
三、管束
换热管选用，要注意： 换热管选用，要注意： 单位传热面积的金属耗量 传热效果 结构紧凑 清洗及结垢等等因素
换热管排列形式
正三角形排列 正方形排列
1.正三角形和转正三角形排列 1.正三角形和转正三角形排列 流体沿垂直方向流过管束，该管束为正三角形排列 流体沿垂直方向流过管束，该管束为正三角形排列 流体沿水平方向流经管束，该管束为转角正三角形排列 流体沿水平方向流经管束，该管束为转角正三角形排列
换热器的概念
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流 体的设备，又称热交换器。 体的设备，又称热交换器。 在化工生产中换热器可作为加热器、 在化工生产中换热器可作为加热器、冷却 冷凝器、蒸发器、再沸器等。 器、冷凝器、蒸发器、再沸器等。 换热设备因其用途不同，类型繁多，性能 换热设备因其用途不同，类型繁多， 不一，但均可归结为管壳式结构和板式 管壳式结构和板式结 不一，但均可归结为管壳式结构和板式结 构两大类。 构两大类。
九、拦液板
作用：在立式冷凝器中，用来减薄管壁上的液 膜以提高传热膜系数。
十、膨胀节
——装在固定管板式换热器上的 ——装在固定管板式换热器上的 挠性元件。 挠性元件。 1.膨胀节的作用： 1.膨胀节的作用： 对管子与壳体的膨胀变形差进行 补偿，以消除或减小温差应力。 2.结构形式： 2.结构形式： 1）平板焊接膨胀节； 2）波形膨胀节；
六、管程分程及管板与隔板的连接
1.换热面积较大，要进行分程 1.换热面积较大，要进行分程 1）管子太长，设备长径比过大，浪费材料； 2）增加流速，提高传热效果。 2.分程要求： 2.分程要求： 1）各程管数大致相同； 2）相邻程管壁温差≤28℃； 28℃； 3）程间密封长度应最短； 4）隔板形状应简单。 12。 3.常用管程数为：1，2，4，6，8，12。 3.常用管程数为：1
缺点： 缺点： 存在焊接热应力——应力腐蚀 存在焊接热应力——应力腐蚀； 应力腐蚀； 管与孔间有间隙——形成介质死 管与孔间有间隙——形成介质死 区，间隙腐蚀 区，间隙腐蚀。 间隙腐蚀。
管子与管板焊接形式： 管子与管板焊接形式
3.胀焊并用 3.胀焊并用
克服了单纯的焊接及胀接的缺点，主要优点是： 克服了单纯的焊接及胀接的缺点，主要优点是： 连接紧密，提高抗疲劳能力； 消除间隙腐蚀和应力腐蚀； 提高使用寿命。 胀焊并用结构： 强度胀加密封焊 强度焊加贴胀
管壳式换热器的基本类型 管壳式换热器的基本类型
固定管板式 浮头式 U型管式 填料函式
一、固定管板式换热器
两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。 两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。 分为带补偿器 不带补偿器两种 带补偿器和 两种。 分为带补偿器和不带补偿器两种。 优点： 结构简单、紧凑； 造价低。 优点：1）结构简单、紧凑；2）造价低。 缺点： 壳程难清洗； 存在有温差应力。 缺点：1）壳程难清洗；2）存在有温差应力。 适用场合：介质较清洁，不易结垢； 适用场合：介质较清洁，不易结垢； 管程与壳程温差不大； 管程与壳程温差不大； 壳程压力不高。 壳程压力不高。