管壳式换热器

应用：
有缝隙腐蚀； 需使用复合管板等的场合
53
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
切除管子端部
54
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
课堂讨论
关于先焊还是先胀的讨论 机械胀接——先焊后胀 液压胀接——先胀后焊
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过程设备设计
第六章 换热设备
6.1 概述 6.2 管壳式换热器 6.3 传热强化技术
12
14
19
25
32
38
45
57
换热管中心距
16
19
25
32
40
48
57
72
25
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
26
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
二、管板
用来排布换热管；
作用
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。
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6.2.2 管壳式换热器结构
应用
除较大振动和缝隙腐蚀场合外，该方法应用广泛; 薄管板不能胀，只能焊。
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
3.胀焊并用
主要有强度胀+密封焊、强度焊+贴胀、强度焊+强度胀等 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
密封性能要求较高； 承受振动和疲劳载荷；
过程设备设计
1.管板材料
力学性能
介质腐蚀性（及tube-tubesheet间电位差对腐蚀影响）
贵重钢板价格
流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时， 管板采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造；
腐蚀性较强时，用不锈钢、铜、铝、钛等材料，
为经济考虑，采用复合钢板或堆焊衬里。
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
特点
隔板 箱盖
清洗时不要拆除管线； 管板 隔板 （1） 缺点是用材较多。
（2）
(b)
箱盖
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
特点
隔板
（1）
管板 隔板
检查、清洗不方便 很少使用
（ 2）
）
箱盖
(c)
41
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
特点
隔板
设置多层隔板 的管箱结构
(d)
42
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
四、管束分程 管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个管程
换热面积要变大
管数增加
流速下降
管子加长 传热系数下降
多管程
43
6.2.2 管壳式换热器结构
管束分程布置图
2
1 2 1 2 3 4 1 4
过程设备设计
管程数 流动顺序 管箱隔板 介质返回 侧隔板 图序
1
4
2 3 1 2 4 3 2 5 1 6 3 4
优点
结构较浮头式简单，加工制造方便； 节省材料，造价比较低廉; 管束从壳体内可抽出; 管内、管间都能进行清洗，维修方便。
填料处易泄漏。 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、 易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填 料的物性限制。
缺点 应用
注：填料函式换热器现在已很少采用。
15
6.2.1 基本类型
五、釜式重沸器
过程设备设计
结构 蒸发空间
(f)
管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构
16
6.2.1 基本类型
过程设备设计
特点
与浮头式、U形管式换热器一样， 清洗维修方便； 可处理不清洁、易结垢介质，能 承受高温、高压（无温差应力）。
17
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
管程
壳程
（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 换 热 器
为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件 （如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。
7
6.2.1 基本类型
过程设备设计
二、浮头式
结构
浮头端
浮头端可自由伸缩，无热应力
8
浮头式换热器
9
6.2.1 基本类型
过程设备设计
优点——管间和管内清洗方便，不会产生热应力； 缺点——结构复杂，造价比固定管板式换热器高， 设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖 在操作中无法检查，制造时对密封要求较 高。 应用——壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易 结垢的场合。
非均匀胀接 方法 均匀胀接
管子硬度一般须低于管板硬度， 若达不到，可进行管头退火处理
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
液压胀接
接头
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
液压胀接
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
机械胀接
50
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
2.强度焊
10
6.2.1 基本类型
过程设备设计
三、U形管式换热器
结构
U形管
（ C） BIU U形 管 式 换 热 器
11
U形管式换热器
12
6.2.1 基本类型
过程设备设计
优点
结构比较简单、价格便宜，承压能力强。 受弯管曲率半径限制，布管少； 管束最内层管间距大，管板利用率低； 壳程流体易短路，传热不利。 当管子泄漏损坏时，只有外层U形管可更 换，内层管只能堵死，坏一根U形管相当 于坏两根管，报废率较高。
过程设备设计
优点
——结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价
低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。
缺点
——当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相
差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。 ——适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶
应用
解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳 侧压力不高的场合。
过程设备设计
第六章 换热设备
6.1 概述 6.2 管壳式换热器 6.3 传热强化技术
6.2.1 基本类型 6.2.2 管壳式换热器结构
6.2.3 管板设计
6.2.4 膨胀节设计 6.2.5 管束振动和防止
1
过程设备设计
6.2 管壳式换热器
本章 重点
教学重点： 管壳式换热器结构。 教学难点： 管板设计、管束振动。
(c) (c) (c) (c) (c) (c) (c) (c)
(c)
(d) (d) (d) (d) (d) (d) (d) 37
(d) (d)
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
特点
隔板
清洗时要拆除管线； 该结构适用于较清 洁的介质。
箱
(a)
38
换热器管箱
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
隔板
隔板 隔板
隔板 箱盖
隔板 箱盖
隔板 隔板 隔板 隔板
隔板 隔板 箱盖 箱盖
隔板 隔板 管板 管板 隔板 管板 （1） 管板 （1） （1） （1）
隔板
（2） （2） （2） （2）
箱盖 箱盖 箱盖 箱盖
(a) (a)
(a) (a) (a) (a)
(a) （ (b) b）
(b) （ b） (b) (b) （ b （b） ） (b)
6.2.1 基本类型 6.2.2 管壳式换热器结构
6.2.3 管板设计
6.2.4 膨胀节设计 6.2.5 管束振动和防止
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
6.2.2.2 壳程结构
2
管壳式换热器
3
6.2.1 基本类型
过程设备设计
6.2.1 基本类型 一、固定管板式
二、浮头式
三、U形管式 四、填料函式
五、釜式重沸器
4
6.2.1 基本类型
过程设备设计
一、固定管板式换热器
结构
（Байду номын сангаасa) BEM立 式 固 定 管 板 式 换 热 器
5
双管程固定管板换热器
6
6.2.1 基本类型
6.2.2.2 壳程结构
20
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
一、换热管
光管 1.换热管型式 强化传热管 翅片管（在给热系数低侧）
螺旋槽管
螺纹管
φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管
2.换热管尺寸
φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管 标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等
21
6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
单位体积传热面积增大、结构紧凑、 金属耗量减少、传热系数提高 小管径 阻力大，不便清洗，易结垢堵塞 用于较清洁的流体
大管径
粘性大或污浊的流体
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
3.换热管材料
碳素钢 低合金钢
不锈钢
金属材料 铜 铜镍合金 铝合金 钛等
管程
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6.2.2 管壳式换热器结构
管程——与管束中流体相通的空间 壳程——换热管外面流体及相通空间
过程设备设计
管程
壳程
（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 换 热 器
管程
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6.2.2 管壳式换热器结构
过程设备设计
一、换热管
二、管板
6.2.2.1 管程结构
三、管箱 四、管束分程 五、换热管与管板连接
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6.2.2 管壳式换热器结构