管壳式换热器的机械设计

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2013-9-10
7.1 概 述
3、填料函式换热器 优点：造价比浮头式低，检修、清洗容易，填料 函处泄漏能及时发现； 缺点：壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处 理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 适用场合：适用于低压小直径场合。
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7.3 管板结构
2、可拆式 浮头式、U型管式及填料函式换热器固定端管板与 壳体的连接（图7-23）
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7.4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦液板的作用于结构 7.4.1 折流板及支承板 1、作用 ①提高壳程内流体的流速； ②加强湍流强度； ③提高传热效率； ④支撑换热管。 （当工艺上无折流板要求而管子较细长时，应考虑有一 定数量的支承板，以便安装和防止管子变形；支撑板的 尺寸、形状可与折流板相同。） 2、结构 折流板和支撑板的常用形式有弓形、圆盘－圆环形 和带扇形切口三种。
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7.4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦液板的作用于结构
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7.4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦液板的作用于结构
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7.3 管板结构
2、管板厚度的设计方法 1）实心园平板模型 将管板当作受均布载荷的实心园 板，以按弹性理论得到的圆平板最大弯曲应力为主要 依据，并加以适当的修正系数来考虑管板开孔削弱和 管束的实际支承作用，由此得到管板厚度的计算公式 ，偏于安全。 2）弹性基础模型 将管束当作弹性支承，而管板则作 为放置于这弹性基础上的圆板，然后根据载荷大小、 管束的刚度及周边支承情况来确定管板的弯曲应力。 由于它较全面地考虑了管束的支承和温差的影响，因 而较精确，但计算公式较多，计算过程繁琐，GB1511999采用的就是此法。
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7.3 管板结构
最外层管壁与壳壁之间的最小距离为10mm，主要 是为折流板易于加工，不易损坏。 7.3.3 换热器管板强度计算的理论依据简介 1、影响固定管板应力大小的因素 ① 管板自身的直径、厚度、材料强度和使用温度等； ② 管束对管板的支撑作用； ③ 管孔对管板强度和刚度的影响； ④ 管板周边支撑形式的影响； ⑤ 温度对管板的影响； ⑥ 其他因素。
第七章 管壳式换热器的机械设计
7.1 概述
7.2 管子的选用及其与管板的联接 7.3 管板结构 7.4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦 液板的作用与结构 7.5 温差应力 7.6 管箱与壳程接管 7.7 管壳式换热器的机械设计举例
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第七章 管壳式换热器的机械设计
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7.1 概 述
适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需 清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场 合。
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7.1 概 述
2、浮头式换热器 优点：管束可以抽出，便于清洗； 缺点：换热器结构较复杂，金属耗量较大。 适用场合：适用于介质易结垢的场合。
7.3 管板结构
3．组合排列法 多程换热器中。 7.3.2 管间距： 管间距指两相邻换热管中心的距离。其值的确定需 要考虑以下几个因素： ① 管板强度； ② 清洗管子外表面时所需要的空隙； ③ 换热管在管板上的固定方法。 一般要求管间距≥1.25d0，还应符合规定：
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7.3 管板结构
3）菱形面积法 取管板上相邻四根管子之间的菱形面 积，按弹性理论求此面积在均布压力作用下的最大弯 曲应力。由于此方法与管板实际受载情况相差较大， 所以尽用于粗略估算。
7.3.4 管程的分程及管板与隔板的连接 1、分程原因 当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长 时，就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时，为 了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使 流体依次流过各程管子。
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7.4 折流板、支撑板、旁路挡板及拦液板的作用于结构 3、尺寸 ①厚度与壳体直径和折流板 间距有关；折流板最小厚度 按表7－6选取。 ②弓形折流板间距：最小间 距≥max{0.2Di，50mm} 最大间距：按表7－7规定选 取，且≤Di。 ③间隙：折流板外径与壳体 之间的间隙要适当，因为过 小给安装带来困难，过大又 影响传效率，详见表7－8。
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7.2 管子的选用及其与管板的连接
3、结构型式 多用光管，因 为结构简单，制 造容易；为强化 传热，也采用异 型管、翅片管、 螺纹管等。
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7.2 管子的选用及其与管板的连接
4、材料 根据压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳 素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。 7.2.2管子与管板的连接 1、胀接 1）过程：最普通的是利用胀管器挤压伸入管板孔中的 管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹 性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压 力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。 2）适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合 金钢，设计压力≤4Mpa，设计温度≤300℃，且无特殊 要求的场合。外径d＜14mm，不适合胀接。
三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比 正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。适用 于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。
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7.3 管板结构
2、正方形和转角正方形排列
正方形和转角正方形排列，管间小桥形成一 条直线通道，便于机械清洗。要经常清洗管子外 表面上的污垢时，多用正方形排列或转角正方形 排列。下一内容 回主目录 返回 上一内容 2013-9-10
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7.2 管子的选用及其与管板的连接
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7.2 管子的选用及其与管板的连接
3）要求管 板硬度大 于管子硬 度，否则 将管端退 火后再胀 接。 胀接时管 板上的孔 可以是光 孔，也可 开槽。
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7.1 概 述
2、冷凝器（condenser） 1）分离器 2）全凝器 3、加热器（一般不发生相变）（heater） 1）预热器（preheater）——粘度大的液体，喷雾 状不好，预热使其粘度下降； 2）过热器（superheater）——加热至饱和温度以 上。 4．蒸发器(etaporater)——发生相变 5．再沸器（reboiler） 6．废热锅炉（waste heat boiler）
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7.3 管板结构
2、分程原则 ① 各程换热管数应大致相等； ② 相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃； ③ 各程间的密封长度应最短； ④ 分程隔板的形状应简单。 3、分程隔板 分为单层和 双层两种。双层 隔板具有隔热空 间，可防止热流 短路。
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7.2 管子的选用及其与管板的连接
2）先胀后焊：强度胀＋密封焊 适用于管子与管板材料焊接性能较差的材料，胀接 时不用润滑油，可防止产生焊接裂纹。
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7.3 管板结构
7.3.1换热管排列方式 1 正三角形和转角正三角形排列
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7.2 管子的选用及其与管板的连接
7.2.1 管子的选用 1、直径 小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系 数稍高，但容易结垢，不易清洗，用于较清洁的流体 ；大直径管子用于粘性大或污浊的流体。 2、规格 常采用无缝钢管规格（外径×壁厚），长度按规定 选用（1500mm、2000mm、2500mm、3000mm、 4500mm、5000mm、6000mm、7500mm、9000mm、 12000mm）。其长度与公称直径之比，一般为4～25 ，常用的为6～10，立式换热器多为4～6。
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7.2 管子的选用及其与管板的连接
结构：主要有4种
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7.2 管子的选用及其与管板的连接
3、胀焊并用 前面我们讲了胀接、焊接后，会发现它们各自有优 、缺点，因而目前广泛应用了胀焊并用的方法，这种 方法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间 隙腐蚀，提高使用寿命。 胀焊并用连接形式主要有： 1）先焊后胀：强度焊＋贴胀 高温高压换热器中大多用厚壁管，胀接时要使用润 滑油，进入接头后缝隙中会在焊接时生成气体，恶化 焊缝质量，只要胀接过程控制得当，先焊后胀可避免 这一弊病。
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7.1 概 述
7.1.3 管壳式换热器机械设计内容 管壳式换热器的设计： 1、根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算 ，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，决 定管数、管程数和壳程数； 2、进行机械设计。内容有： 1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算； 2）换热器封头选择，压力容器法兰选择； 3）管板尺寸确定； 4）折流板的选择与计算； 5）管子拉脱力的计算； 6）温差应力计算。