管壳式换热器设计

浮头式换热器的特点： 1.3.1.2.1 优点： 1)管束可以抽出，以方便清洗管程、壳程； 2)壳程壁与管壁不受温差限制； 3)可在高温、高压下工作，一般温度T≤450℃，P
≤6.4MPa;
4)可用于结垢比较严重的场合; 5)可用于管程腐蚀场合. 1.3.1.2.2 缺点: 1)浮头端易发生内漏; 2)金属材料耗量大,成本高20%; 3)结构复杂.。 1.3.1.2.3 可用的场合： 1）管壳程金属温差很大场合； 2）壳程介质易结垢要求经常清洗的场合；
一、 概述
1.1 换热器的应用 使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热
设备。它是化工、炼油、动力、食品、轻工及其它 许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂 中，换热设备的投资约占总投资的10%-20%。 在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量 由温度较高的液体传递给温度较低的流体，使流体 温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上 的需要。此外，换热设备也有回收余热、废热特别 是低位热能的有效装置。如：转化器夹套冷却水因 带走设备的反应热后使其从进入时的温度60-80℃ 上升到近100 ℃，从夹套流出的热水进入一个冷凝 器，加热工业水，从而提高热能的总利用率，降低 燃料消耗和电耗，提高工业生产经济效益。
1.3.1.1.2 缺点：
1）不适用于换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差很大的场 合，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；（为了减少 热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件．如： 设置膨胀节．来吸收热膨胀差）
2）壳程无法机械清洗，不适用于壳程结垢的场合；
3）管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决定于 管子寿命，故设备寿命相对较低。
1.3.1.1.3 适用的场合：
1）设备需要尽少使用法兰密封面的场合；
2）管壳程金属温差不是很大的场合；
3）壳程流体清洁，无需经常抽出管束清洗的场合。
1.3.1.2 浮头式换热器
浮头式换热器的典型结构见图示，两端管板中只有一端与 壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头 由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可 从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会 主生热应力。
的设计温度一起作为绍
管壳式换热器具有可靠性高，适应性广泛等优点，在各工 业领域中得到最为广泛在应用。
1.3.1 基本类型 根据管壳式换热器的结构特点,可分为固定管板式、浮
头式、U形管式、填料函式和釜式沸器五类,如图示。 1.3.1.1 固定管板式换热器 固定管板式换热器管束连接在管板上，管板与壳体焊接。 1.3.1.1.1 优点： 1）传热面积比浮头式换热器大20%-30%； 2）旁路漏流较水； 3）锻件使用较少； 4）没有内漏。
足要求的场合.
二、 管壳式换热器的设计参数及材料
2.1 设计参数
是指用于确定换热器施工图设计、制造、检验及验收 的参数。 它主要包括设计压力P、设计温度T、厚度δ、 焊接接头系数φ、试验压力PT、公称直径DN、公称长度 LN、换热面积A、容器类别等。
2.1.1 设计压力：
指设定的换热器管、壳程顶部的最高压力，与相应
1.2.1.2 蓄热式换热器: 这类换热器又称为回热换热器,它是借助于固体(如固体
填料或多孔性格)构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触, 把热量从热流体传递给冷流体的换热器.。在换热器内首先由 热流体通过，把热量积蓄起来，然后由冷流体通过。
蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面大，故 较适合用于气-气热交换的场合。如：空气预热器。
1.2.1.3.1 间壁式换热器分类 管式换热器、板式换热器及其它形式的换热器。
管式换热器都是通过管子壁面进行传热的换热器。按传热 管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热 器、缠绕管式换热器和管壳式换热器。
其中管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。 它占换热器总量的90%。它是典型的间壁式换热器.
1.2 换热设备分类及其特点
在工业生产中由于用途、工作条件和物料的不同,出现了 各种不同形式和结构的换热设备. 1.2.1 按作用原理或传热方式分类 1.2.1.1 直接接触式换热器:
这类换热器又称为混合式换热器,如我们公司凉水塔,它是利 用冷、热流体直接接触面积，以达到充分换热，在设备中常 放置填料和栅板。
1.3.1.3 U形管式换热器
U形换热器的典型结构如图。这种换热器的结构特点是， 只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在 同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换热管 有温差时，不会产生热应力。
由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最 内层管层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形 式成短路，对传热不利。当管子泄漏损坏时，只有管束外 围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只 能堵死，而坏一根U形相当于坏两根管，报废率较高。
1.2.1.3 间壁式换热器
这类换热器又称为表面式换热器。它是利用间壁（固体壁 面）将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量 由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器 是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多种多样， 如常见的管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。
1.2.1.3 间壁式换热器
1.3.1.3.1 优点： １）管束可抽出来机械清洗； ２）壳体与管壁不受温差限制； ３）可在高温、高压下工作，一般适用于T≤500℃，P ≤10MPa; 4)可用于壳程结垢比较严重的场合; 5)可用于管程易腐蚀场合. 1.3.1.3.2 缺点: 1)在管子的U型处易冲蚀,应控制管内流速; 2)管程不适用于结垢较重的场合; 3)因死区较大,只适用于内导流筒; 4)单管程换热器不适用; 1.3.1.3.3 可用的场合: 1)管程走清洁流体; 2)管程压力特别高; 3)管壳程金属温差很大,固定管板换热器连设置膨胀节都无法满