第三章管壳式换热器课件
管壳式热交换器设计全解83页PPT
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
Байду номын сангаас
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
管壳式换热器设计课件
目录食品工程原理课程设计任务书 (2)流程示意图 (3)设计方案的确定及说明 (4)设计方案的计算及说明（包括校核） (5)设计结果主要参数表 (10)主要符号表 (11)主体设备结构图 (11)设计评价及问题讨论 (12)参考文献 (12)一、食品工程原理课程设计任务书一．设计题目：管壳式冷凝器设计．二．设计任务：将制冷压缩机压缩后的制冷剂（氨）过热蒸汽冷却，冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。
三．设计条件: 1.冷库冷负荷Q0=08*100（kw）；2.高温库，工作温度0～4℃。
采用回热循环；3.冷凝器用河水为冷却剂, 进水温度取：15℃。
4.传热面积安全系数5%～15%。
四．设计要求：1.对确定的工艺流程进行简要论述；2.物料衡算，热量衡算；3.确定管式冷凝器的主要结构尺寸；4.计算阻力；5.编写设计说明书（包括：①封面；②目录；③设计题目；④流程示意图；⑤流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明（包括校核）；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。
）6.绘制工艺流程图,管壳式冷凝器的结构图（3号图纸）、及花板布置图（3号或者4号图纸）。
二、流程示意图流程图说明：本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。
1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高；2 3 高温高压的氨蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。
4 4’ 液态氨不断贮存在贮氨器中；4’ 5 使用时氨液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器；5 1 低压的氨蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。
5’1是一个回热循环。
本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。
所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，氨蒸汽走壳程。
管壳式热交换器设计常见问题浅析PPT详细介绍课件
二、管壳式换热器设计参数确定
GB/T151-2104附录B P120：
二、管壳式换热器设计参数确定
2、设计压力和设计温度
1）热交换器为多腔容器，其设计压力和设计温度 的确定：
按“各管各”原则，即分别按各自最苛刻的工作 压力、工作温度确定其设计压力、设计温度。
管壳式热交换器 设计常见问题浅析
主要内容
管壳式热交换器是工业中应用最为广泛的一种换热 器，而设计是其质量保证的首要环节，故提高换热器的 设计质量，对于行业发展来说至关重要。
针对管壳式热交换器设计过程中，以下五个方面的 常见问题及注意事项，在此与在座各位同仁进行交流和 探讨。
一、不同结构型式换热器特点
（计算时应注意大小端厚度减去腐蚀裕量，但常常带来结果不合格。处理： 选用标准设备法兰可不计算，但需要保留基本计算数据，如：螺柱材质、规格及 数量，垫片材质等）
d. 换热管、钩圈、浮头螺栓、纵向隔板一般不考虑腐蚀裕量。
TEMA标准关于腐蚀裕量的条文中明确规定，钩圈及其内部螺栓连接件，是不 必考虑腐蚀裕量。钩圈是一个非受压件，且是可拆卸件，按TEMA规定，对其不 考虑腐蚀裕量是合理的。
为了检查换热管与管板连接接头的质量，可能遇到下列4种情况： 1）管壳程均为正压，且壳程试验压力高于管程试验压力。
处理：管壳程按各自设计压力、设计温度、材料分别确定其耐压试验 的试验压力值。
2）管壳程均为正压，且壳程试验压力低于管程试验压力。 处理：将壳程试验压力提高至管程试验压力，并应对壳程圆筒进行校 核。 在此，往往会忽视其他受压元件的强度和结构等问题，下面分别讨论：
参照GB/T151-2014附录B中B3.4 结构参数（P115）
管壳式热交换器(PPT课件)
管外纵流条件下，管外传热系数为光管的1.6倍.
传递热量相同，泵功率相同，取代光管，节约材 料30%-50%
螺旋槽
主要用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液
体的沸腾或管内外蒸气的冷凝，管内传热系数为光管 传热系数的1.5-2.0倍；管外传热系数为光管传热系数 的1.5倍.
缩放管
波纹管
波纹管优点
（4）填料函式换热器
填料函式换热器 1.纵向隔板；2.浮动管板；3.活套法兰；4.部分剪切环；5.填 料压盖；6.填料；7.填料函
填料函式密封
缺点：填料处易泄漏。 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管
间清洗方便 适用场合：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。
带膨胀节的固定管板式换热器 图7-3 带补偿器的固定管板式换热器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
U型管式换热器 图7-6 U形管式换热器 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 腐蚀性大的物料。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器
管式热交换器
管壳式、套管式、螺旋管式等
板式热交换器
延伸表面热交换器
蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类
基本类型 固定管板式换热器
U形管式换热器 浮头式换热器 填料函式换热器
（1）固定管板式换热器
管壳式换热器培训讲义
管壳式换热器Tubular Hat Echangers一．基本知识固定管板式换热器；浮头式换热器；U 形管式换热器；釜式重沸器；填料函式换热器。
3 固定管板式换热器固定管板换热器的具体结构，见GB151中P5上的图2。
1）固定管板换热器的主要特点：结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。
其适用于：管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差；管、壳程温差不大，而压力较高的场合；壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合；布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换，故设备运行周期短。
2）用压力和温度的限制：由于换热管、管板和壳体焊在一起，故换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其致命的弱点，因为在固定管板换热器的管板温差应力计算中，要进行以下三个方面的校核：（1）按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力σc；（2）换热管轴向应力σt；（3）换热管与管板之间连接拉脱力q。
上述三项中有一项不能满足强度条件时，就需设置膨胀节。
根据工程经验，当壳体与换热管金属温差(注意不是介质温差)高于50℃时一般应设置膨胀节，而GB16749《压力容器用波形膨胀节》规定最高使用压力为6.4MPa,再高要用带加强装置的Ω型膨胀节。
故带膨胀节的固定管板换热器使用压力不高，而且结构设计和制造也趋于复杂。
在壁温差很小无需考虑温差应力时，固定管板式换热器也有使用在很高压力的场合，此时往往管板与管箱或管板与壳体做成整体型式，或者管板、管箱(头盖)和壳体三者成为一个整体，如大化肥中的高压甲铵冷凝器的管程压力为15.8MPa ，但一般高压用得比较少，而低压力、大直径固定管板式换热器用得很广泛。
4 浮头式换热器浮头换热器的具体结构，见GB151中P5上的图1。
1）浮头换热器的主要特点：可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况；一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场合；浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施；压力试验时的试压胎具复杂。
管壳式换热器
5、管壳式换热器的密封垫选用
2）管壳式换热器垫片术语
5、管壳式换热器的密封垫选用
3）GB/T29463.1金属包垫片
金属包垫片适用于设计压力0.25MPa~6.4MPa，设计温度为 -20~450℃的管壳式换热器。
1、垫片外壳；2、填料盖；3、填料
5、管壳式换热器的密封垫选用
GB/T29463.1金属包垫片材料
5 管壳式换热器的密封垫选用
5、管壳式换热器的密封垫选用
1）垫片选用标准规范
按照《GB151-2014》第6.15章节规定如下：
6.15.1 管箱垫片、管箱侧垫片、浮头垫片、外头盖垫片和头盖垫片可按下列 标准选用： a）GB/T29463.1《管壳式热交换器用垫片 第1部分：金属包垫片》； b）GB/T29463.2《管壳式热交换器用垫片 第2部分：缠绕式垫片》； c）GB/T29463.3《管壳式热交换器用垫片 第3部分：非金属软垫片》； d）NB/T47024（JB/T4704）《非金属软垫片》； e）NB/T47025（JB/T4705）《缠绕垫片》； f）NB/T47026（JB/T4706）《金属包垫片》。 6.15.3 金属平垫片、金属波齿符合垫片、椭圆垫、八角垫、透镜垫等可按有 关标准进行设计、选用。
b）管程试压，检查两端封头是否有泄漏。 ● U型管换热器
a）壳程试压，安装试压环，检查换热管与管板连接 处是否有泄漏，换热管是否有内漏。
b）管程试压，检查管箱法兰是否有泄漏。
4、管壳式换热器的检修试压
● 浮头式换热器 a）壳程试压：安装试压环和浮动管板专用试压环，
检查换热管与管板连接处是否有泄漏，换热管是否有内漏。 b）管程试压：安装管箱和浮头盖，检查浮头盖是否
金属堵头的长度常加工成大端直径的1.5倍。小端直 径应等于0.85倍的管子内径尺寸，锥度为1：10，堵头材 质应与换热管材质一致，或硬度低于等于管子硬度的材料。 用堵塞换热管消漏的方法，一般堵管的数量要小于或等于 总换热管数的10%。
管壳式换热器制造过程演示幻灯片
2020/4/13
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? 磁粉检测：通过磁场使焊接接头磁化，在 工件表面均匀撒上磁粉，有缺陷的位置会 出现磁粉聚集现象。
? 渗透检测：一般探测出的缺陷深度0.02mm 宽度约0.001mm，利用带有荧光染料或红色
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金相检验操作
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四、筒体制造过程
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? 定料：确定换热器所需材料及尺寸 ? 划线：确定尺寸后对材料划线、排版。 ? 切割：根据划线尺寸对原材料进行切割。
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刨边（开坡口）
? 焊接坡口：为了保证全熔透和焊接质量， 减少焊接变形，施焊前，一般需要将焊件 连接处预先加工成各种形状。
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? 磨平壳体内表面焊缝：1、使内表面光滑去 除不平面，防止管束进入壳体时卡住。2、 防止焊渣划伤管束。3、防止应力集中。
? 组焊鞍座
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打磨内表面
组焊鞍座
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六、管板管束制造
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? 管板：是管壳式换热器的主要部件之一。 用来排布换热管，将管程壳程流体分隔开 来，并同时受管程壳程压力和温度作用。
? 固定管板式和浮头式换热器筒体与筒体法兰组对环缝焊接。 ? U型管式换热器筒体与封头组对环缝焊接
? 环缝焊接。 ? 环缝无损检测：采用射线检测方法（RT、PT）
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筒体与封头组焊
筒体与筒体法兰组焊
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? 划开孔线：根据图纸确定好开孔位置及尺 寸大小。
? 切割接管孔：利用气焊切割方法对筒体开 孔，并用砂轮打磨开孔。
管壳式换热器热力计算20页PPT
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
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47、采菊东篱下，悠然见南山。
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48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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管壳式换热器
第十七章管壳式换热器（shell and tube heat exchange）本章重点讲解内容：（1）熟悉管壳式换热器的整体结构及其类型；（2）熟悉主要零部件的作用及适用场合；（3）熟悉膨胀节的功能及其设置条件。
第一节总体结构管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。
它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。
管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。
管内的通道及与其相贯通的管箱称为管程（tube-side）；管外的通道及与其相贯通的部分称为壳程（shell-side）。
一种流体在管内流动，而另一种流体在壳与管束之间从管外表面流过，为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较高的传热速率，在外壳上装有许多挡板。
以下结合不同类型的管壳式换热器介绍其相应的总体结构。
1、固定管板换热器其由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。
结构特点为：两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。
换热管束可做成单程、双程或多程。
它适用于壳体与管子温差小的场合。
图1 固定管板换热器结构示意图优点：结构简单、紧凑。
在相同的壳体直径内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清洗方便。
缺点：壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温差较大（大于50℃）时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。
固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。
2、浮头式换热器浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，称为浮头。
图2 浮头式换热器结构示意图优点：当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。
管壳式换热器换热管断裂失效分析PPT课件
管束腐蚀和磨蚀断裂
腐蚀位置存在于各种狭小的间隙中以及换热管表面有损伤的位置。
第13页/共17页
管束腐蚀和磨蚀断裂
预防腐蚀措施： 1.定期清洗管束； 2.合理选材； 3.在流体中加入缓蚀剂； 4.选择适当流速； 5.在流体入口设置过滤装置和缓冲结构等。
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参考文献
流体诱导振动：漩涡脱落
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振动引起的断裂
流体诱导振动：漩涡脱落
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振动引起的断裂
流体诱导振动：
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振动引起的断裂
交变应力引起断裂
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振动引起的断裂
振动导致换热管发生碰撞，使管壁磨损变薄，管子最终开裂。
第8页/共17页
振动引起的断裂
换热管振动时与折流板管孔内表面摩擦，折流板厚度较小，对换热管产 生“锯切”作用。
[1]吴金星,董其伍,刘敏珊,等.管壳式换热器失效分析、预防及在线检测[J].压 力容器,2001,18(6). [2]陈刚. 304不锈钢换热器管断裂分析[J].化工机械,2012,39(3). [3]李东胜,张斌.航煤循环冷却器 U形换热管断裂分析及对策[J].化工机 械,2013,40(1). [4]金聚慧. 不锈钢换热器管束断裂原因初探[J]. 石油化工腐蚀与防护, 2005, 22(3). [5]王军政. 基于弱流固耦合方法的换热器流体诱导振动失效分析[D]. 上海: 华东理工大学, 2011. [6]龚嶷. 石化、火电工业用换热管的腐蚀失效分析及其性能评价[D]. 上海: 复旦大学, 2012. [7]赖文星. 换热器管束动态特性分析及流体诱导振动研究[D]. 南京:南京工 业大学, 2006 [8]熊从贵. 船用冷凝器换热管的失效分析[J]. 机电过程, 2014, 31(6).
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U 型管式换热器
§3-2 管壳式换热器的标准和型号标称
一、标准
我国系列标准规定采用25×2.5mm, 19×2mm两种规格的管
子（不锈钢用φ2.5×2mm）。 管长的选择以清洗方便和合理使用管材为准，我国生产的钢
管长度多为6米，国家标准规定采用的管长有1.5、2、3、6米四 种规格，以3米和6米最为普遍。
在许多工业部门中大量使用，尤其是在石油、化工、热能、 动力等工业部门所使用的换热器中，管壳式换热器居主导地位。
鉴于管壳式换热器应用极广，为便于设计、制造、安装和使 用，有关部门已制定了管壳式换热器系列标准。可查 GB151 管壳式换热器的标准。
目前工业上应用最广泛的换热设备。
4
3 2
1
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1-管子；2-封头图；73.-壳6 体；管 4-壳 接管式；换5-热 管板器；6-折流板 1-管子 2-封头 3-壳体 4-接管 5-管板 6-折流板
(2) BIU 600--1.6--90--6/25-2 II
封头管箱，公称直径600mm，管、壳程压力均为1.6MPa， 公称换热面积90平方米，普通级冷拔换热管，外径25mm，管 长6m，2管程，单壳程的U形管式换热器。
• DN-PN-F-L/dw-N(I,II)(l.b.d)：
• 按GB151规定，其中l.b.d分别为菱形管、波纹管、螺纹管。
结构：传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管 束与管板再封装在外壳内。两种流体分走管程和壳程。
优点 缺点
清洗方便，适应性强用途广
结构简单，造价低廉
处理量大。 传热效率、结构紧凑性、 单位换热面积的金属耗量 等不如新型换热器。
2、单程与多程
单程： 流体在管内每通过管束一次 —— 一管程 流体在管外每通过壳体一次 —— 一壳程
1
2
3
45
1——换热器系列号；
2——公称直径，mm；
3——公称换热面积，m2。；
4——公称压力， kgf/cm2 ；
5——管程数，（浮） FB -800-180-16-4：
FB表示浮头式B型，（25×2.5mm换热管，正方形转45 度排列），壳体公称直径800mm，公称换热面积180m2，公 称压力16kgf/cm2，管程数为4。
常用形式： 弓形，圆盘形
弓形
圆盘形
管板
折流板
单壳程水平圆缺形（弓型）折流板管壳式换热器结构示意图
单壳程水平圆缺形（弓型）折流板管壳式换热器结构示意图
单壳程垂直圆缺形（弓型）折流板管壳式换热器结构示意图
单壳程垂直圆缺形（弓型）折流板管壳式换热器结构示意图
管板
折流板
单壳程圆盘形折流板管壳式换热器结构示意图
2、浮头式换热器
结构：一块管板与壳体固定，另一块管板可以在壳体内来回 活动，并连接一浮头，当管束受热受冷时即可自由伸缩。 优点：有良好的热补偿性能，管束可从壳体中拔出清洗； 缺点：结构复杂，造价较高。
3、U 型管式换热器
结构：管子弯制成U型，U型管的两头固定在同一块管板上， 与管板连接的封头内用隔板隔成两室。 优点：管子受热受冷可以自由伸缩，弹性大。结构紧凑，管 束可以拔出便于清洗和检修。 缺点：管内的机械清洗困难，只能走清洁流体，制造较繁， 管程流阻较大。
2．型系列产品供选用。换 热器的型号由五部分组成。
— —
12 3 4
5
1——换热器系列号；
2——公称直径，mm；
3——管程数，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ（固） ；
4——公称压力， kgf/cm2 ；
5——公称换热面积，m2。
G273Ⅰ-25-16？
— — — —
• RCBOS1000-1.6-270-6/25-6I • BXRCBOS900-1.6-210-6/25-6I
th1
tc2
tc1
th2 单管程固定管板换热器
多程： ◆ 多管程：封头内设置分程隔板 单管程→多管程。 ◆ 多壳程： 相当于单壳程串联，传热面积↑。
单程
& 多程
增加管程
1-2型换热器
进一步增加管程和壳程
T B ,in
T A,out
T A ,in
TB,out
2-4型换热器
双管程固定管板换热器
传热面积： A双A单d0Ln
FA -400-25-40-2？ F -1000-410-16/25-2/（4）？
U式换热器型号标称
U形管式换热器型号及其表示方法
例：
(1) BIU 800--2.5--245--6/19-4 I
封头管箱，公称直径800mm，管、壳程压力均为2.5MPa， 公称换热面积245平方米，较高级冷拔换热管，外径19mm，管 长6m，4管程，单壳程的U形管式换热器。
固定管板式： 25×2.5，正三角形排列，单壳程。 浮头式：FA系列： 19×2 正三角形排列，单壳程
F系列： 双壳程，其它同FA
FB系列：25×2.5 正方形转45度排列，单壳程。
二、管壳式换热器的型号标称
1．基本参数
基本参数主要有：①公称换热面积；②公称直径；③ 公称压力；④换热管径；⑤换热管长度；⑥管子数量；⑦ 管程数等。
流通截面积：
S单
4
d2n i
S双
1 2
S单
说明：管程数↑，流通截面积↓，管内流速↑，hi ↑，强化传热。
换热器的分程隔板 （a）辐射状隔板（16程） （b）垂直状隔板（12程）
3、折流挡板
作用：
提高壳程流体湍动程度(Re>100湍流),h0 ↑，强化传热。
冲刷沉积物，减小污垢热阻； 对壳体起支撑作用 代价： 壳体阻力↑，系统动力消耗↑ 安装： 上下安装:常用\ 左右安装:排液不畅时采用
第三章 管壳式换热器
§3-1 管壳式换热器概述 §3-2 管壳式换热器的标准和型号标称 §3-3 管壳式换热器设计和选型
§3-1 管壳式换热器概述
一、管壳式换热器的特点
• 是一种传统的标准换热设备。间壁式换热器的一种主要形式， 又称壳管式换热器、列管式换热器。
• 它具有制造方便、选材面广、适应性强、处理量大、清洗 方便、运行可靠、能承受高温、高压等优点。
单壳程圆盘形折流板管壳式换热器结构示意图
二、管壳式换热器的类型
主要分为三类： 1、固定管板式换热器 2、浮头式换热器 3、U型管式换热器
1、固定管板式换热器
结构：管束与焊接在壳体的两端管板连接。在壳体内，沿管长方向装置 有若干块折流挡板； 优点：结构简单、紧凑、造价便宜； 缺点：壳程清扫困难，适应热膨胀能力差。 解决方法：补偿圈(或称膨胀节)。