《管壳式换热器》PPT课件

第 一 节 管 壳 式 换 热 器 的 总 体 结 构第 二 节 管 壳 式 换 热 器 的 主 要 零 部 件第 三 节 管 壳 式 换 热 器 的 选 用 及 设 计 流 程第 四 节 其 它 形 式 换 热 器 简 介 （ 1） 换 热 器 是 许 多 工 业 部 门 广 泛 应 用 的 通 用 工 艺 设 备 。通 常 ， 在 化 工 厂 的 建 设 中 ， 换 热 器 约 占 总 投 资 的 11 40 。 它 的 先 进 性 、 合 理 性 和 运 转 可 靠 性 将 直 接 影 响 产品 的 质 量 、 数 量 和 成 本 。（ 2） 根 据 不 同 的 目 的 ， 换 热 器 可 以 是 、 、 、 等 。第 一 节 管 壳 式 换 热 器 的 总 体 结 构一 、 概 述 （ 3） 衡 量 一 台 换 热 器 好 坏 的 标 准 。c.可 靠 性 满 足 操 作 条 件 ,强 度 足 够 ,保 证 使 用 寿 命b.合 理 性 a.先 进 性 可 制 造 加 工 ， 成 本 可 接 受 传 热 效 率 高 ， 流 体 阻 力 小 ， 材 料 省 化 工 生 产 对 换 热 设 备 提 出 的 要 求 是 ： 传 热 效 率 高 ， 流 体 阻 力 小 ； 强 度 、 刚 度 、 稳 定 性 足 够 ； 结 构 合 理 ， 节 省 材 料 ， 成 本 较 低 ； 制 造 、 装 拆 、 检 修 方 便 等 。 （ 4） 任 何 一 种 换 热 器 不 可 能 十 全 十 美 。传 热 效 率 高 、 金 属 消 耗 量 低 ， 但 流 体 阻 力 大 、 强 度和 刚 度 差 ， 制 造 、 维 修 困 难 。虽 在 传 热 效 率 、 紧 凑 性 、 金 属 消 耗 量 等 方 面 均 不如 板 式 换 热 器 ， 但 其 结 构 坚 固 、 可 靠 程 度 高 、 适 应 性 强 、 材 料范 围 广 ， 因 而 目 前 仍 是 石 油 、 化 工 生 产 中 ， 尤 其 是 高 温 、 高 压和 大 型 换 热 器 的 主 要 结 构 型 式 。第 一 节 管 壳 式 换 热 器 的 总 体 结 构一 、 概 述 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 通 道 及 与 其 相 贯 通 的 管 箱 ， 称 为管 程 空 间 ； 换 热 管 外 的 通 道 及 与 其 贯 通 的 部 分 ， 称 为 壳 程 空 间 。二 、 管 壳 式 换 热 器 的 种 类 及 其 结 构 1 列 管 式 换 热 器 的 主 要 结 构 ： 2 列 管 式 换 热 器 的 工 作 原 理 ： T1 t0（ 环 境 ） Tw T t1 t2 T2 列 管 式 t tw 列 管 式 换 热 器 列 管 式 换 热 器 的 主 要 类 型从 结 构 上 分 固 定 管 板 式 换 热 器浮 头 式 换 热 器U形 管 式 换 热 器填 料 函 式 换 热 器 固 定 管 板 式 换 热 器 结 构 图 (1)固 定 管 板 式 换 热 器 带 膨 胀 节 的 固 定 管 板 式 换 热 器 结 构 图 (1)固 定 管 板 式 换 热 器 (1)固 定 管 板 式 换 热 器1） 、 结 构 特 点 ： 两 块 管 板 均 与 壳 体 相 焊 接 ， 并 加 入 了 热 补 偿原 件 膨 胀 节 。2 ） 、 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 。3） 、 缺 点 ： 不 易 清 洗 壳 程 ， 壳 体 和 管 束 中 可 能 产 生 较 大 的 热应 力 。 冷 热 流 体 温 差 不 能 太 大 （ 14mm且 无 特 殊 要求 的 场 合 。要 求 ： 管 板 硬 度 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 (开 槽 可 以 增 加 连 接 强度 和 紧 密 性 )。 液 压 胀 管 器 液 压 胀 接 机 械 胀 接 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 。 管 板 厚 度 较 大 时 ， 为 提 高 管 子 抗 拉 脱 能 力 及 增密 封 性 能 ， 需 要 在 管 孔 中 开 环 形 槽 。 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 。 strength welded joint 强 度 焊 接 连 接 是 将 换 热 管 的 端 部 与 管 板 焊 在 一 起 。优 点 ： 高 温 高 压 下 能 保 证 连 接 的 紧 密性 ； 管 板 孔 加 工 精 度 要 求 不 高 ， 低于 胀 接 ； 焊 接 工 艺 简 单 ； 压 力 不 高 时 可 用 薄 管 板 。缺 点 ： 存 在 焊 接 热 应 力 应 力 腐 蚀； 管 与 孔 间 有 间 隙 形 成 介 质死 区 ， 间 隙 腐 蚀 。 80 管 与 管 板 焊 接 形 式 ： 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 。施 工 方 式 ： 先 胀 後 焊 ； 先 焊 後 胀 。 胀 接 贴 胀 ； 强 度 胀 。 焊 接 密 封 焊 ， 强 度 焊 。根 据 不 同 情 况 具 体 制 定 施 工 工 艺 。3） 、 焊 胀 结 合 3） 、 焊 胀 结 合 胀 焊 结 合 连 接 主 要 有 ： 强 度 焊 密 封 胀 先 焊 后 胀 。 强 度 胀 密 封 焊 先 胀 后 焊 。 概 念 解 释 ： 密 封 焊 不 保 证 强 度 ， 只 防 漏 ； 强 度 焊 既 防 漏 ， 又 保 证 抗 拉 脱 强 度 ； 密 封 胀 只 消 除 间 隙 ， 不 承 担 拉 脱 力 ； 强 度 胀 既 消 除 间 隙 ， 又 满 足 胀 接 强 度 。 胀 焊 结 合 连 接 方 式 的 适 用 性 胀 焊 结 合 的 连 接 方 式 适 用 于 密 封 要 求 较 高 、 承受 振 动 或 疲 劳 载 荷 、 有 间 隙 腐 蚀 、 采 用 复 合 管 板 的场 合 。目 前 ， 先 焊 后 胀 与 先 胀 后 焊 两 派 学 说 仍 处 于 争 议 之 中 。 三 、 管 板 及 管 程 的 分 程 列 管 式 换 热 器 的 管 板 所 受 裁 荷 除 管 程 与 壳 程 压 力 之 外 ，还 承 受 管 壁 与 壳 壁 的 温 差 引 起 的 变 形 不 协 调 作 用 。 固 定 式管 板 受 力 情 况 较 复 杂 ， 影 响 管 板 应 力 大 小 有 如 下 因 素 ：管 板 自 身 的 Di、 、 材 料 强 度 、 使 用 温 度 等 对 管 板 应 力有 显 著 的 影 响 ； 管 板 与 许 多 换 热 管 刚 性 地 固 定在 一 起 ， 因 此 ， 管 束 起 着 支 承 的 作 用 ， 阻 碍 管 板 的 变 形 。在 进 行 受 力 分 析 时 ， 常 把 管 板 看 成 是 放 在 弹 性 基 础 上 的 平 板 ， 列 管 就 起 着 弹 性 基 础 的 作 用 。1、 管 板 受 力 特 点 管 孔 的 存 在 ， 削 弱 了 管 板的 强 度 和 刚 度 ， 同 时 管 孔 边 缘 产 生 峰 值 应 力 。 当 管 子 与 管 板连 接 之 后 ， 管 板 孔 内 的 管 子 又 能 增 加 管 扳 的 强 度 和 刚 度 ， 而且 也 抵 消 了 一 部 分 峰 值 应 力 。 管 板 边 界 条 件 不 同 ， 管 板 应 力状 态 也 是 不 一 样 的 。 管 板 外 边 缘 有 不 同 的 固 定 形 式 ， 如 夹 持 、简 支 、 半 夹 持 等 。 这 些 不 同 的 固 定 形 式 对 管 板 应 力 产 生 不 同程 度 的 影 响 。 由 于 管 壁 与 壳 壁 温 度 的 差 异 ， 各 自 的变 形 量 也 不 同 ， 这 不 仅 使 管 子 和 壳 体 的 应 力 有 显 著 增 加 ， 而且 使 管 板 应 力 有 很 大 的 增 加 ， 同 时 ， 由 于 管 板 的 上 下 表 面 接触 不 同 温 度 的 介 质 ， 使 上 下 表 面 温 度 不 同 ， 亦 会 在 管 板 内 产生 温 差 应 力 。 三 、 管 板 及 管 程 的 分 程 2、 管 板 厚 度 的 设 计 方 法管 板 厚 度 设 计 方 法 有 如 下 几 种 : 将 管 板 当 作 受 均 布 载 荷 的 实 心 圆 板 ， 以 按 弹 性 理 论 得 到的 圆 平 板 最 大 弯 曲 应 力 为 主 要 依 据 ， 加 入 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 。 这 种 设 计 方法 对 管 板 作 了 很 大 简 化 ， 因 而 是 一 种 半 经 验 公 式 。 但 由 于公 式 计 算 简 便 ， 同 时 又 有 长 期 使 用 经 验 ， 结 果 比 较 安 全 ，因 而 不 少 国 家 的 管 板 厚 度 设 计 公 式 仍 以 此 作 为 基 础 。三 、 管 板 及 管 程 的 分 程 将 管 束 当 作 弹 性 支 承 ， 而 管 板 则 作 为 放 置 于 这 一 弹 性基 础 上 的 圆 平 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 比 较 全 面 地考 虑 了 管 束 的 支 承 和 温 差 的 影 响 ， 因 而 计 算 比 较 准 确 ，但 计 算 公 式 较 多 ， 计 算 过 程 也 较 繁 杂 。 在 计 算 机 普 遍 应用 的 今 天 ， 是 一 种 有 效 的 设 计 方 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 法 与 管 板 实 际 受 载 情 况 相 差 甚 大 ， 所 以 仅 用 于 粗 略计 算 。 3、 管 程 的 分 程 当 换 热 器 所 需 的 换 热 面 积 较 大 ， 可 增 加 管 子 长 度 或 增加 管 子 的 数 目 。 增 加 管 长 是 有 限 度 的 ， 一 般 不 超 过 6m。 增 加 管 子 数 量则 要 保 证 管 内 流 体 有 一 定 的 流 速 ， 流 速 太 低 ， 传 热 效 果 则较 差 。 此 时 为 了 增 加 管 程 流 速 ， 提 高 传 热 效 率 ， 须 将 管 束分 程 ， 使 流 体 依 次 流 过 各 程 管 子 。为 什 么 要 分 程 ？ ？ l 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 。l 分 程 要 求 ： 1） 各 程 管 数 大 致 相 同 ； 2） 相 邻 程 管 壁 温 差 不 大 于 28 ； 3） 程 间 密 封 长 度 应 最 短 ； 4） 隔 板 形 状 应 简 单 。l 常 用 管 程 数 为 ： 1， 2， 4， 6， 8， 12。 管 箱 分 程 ：分 程 举 例 ： 2程 4程 97 分程隔板及其与管板间的密封管 箱 结 构 ： 98 隔 板 ： 单 层 及 双 层 。 双 层 隔 板 的 结 构 如图 。 双 层 隔 板 有 隔 热 空间 ， 可 防 止 热 流 短 路（ 即 不 使 已 冷 或 已 加 热的 流 体 被 刚 进 入 的 热 或冷 流 体 经 隔 板 而 再 被 加热 或 冷 却 ） 。 3、 管 程 的 分 程 分 程 隔 板 有 单 层 和 双层 两 种 。 单 层 隔 板 与 管 板的 密 封 结 构 图 所 示 。 隔 板的 密 封 面 宽 度 应 为 隔 板 厚度 加 2mm。 隔 板 材 料 应 与封 头 材 料 相 同 。 4、 管 板 与 壳 体 的 连 接 4、 管 板 与 壳 体 的 连 接 列 管 式 换 热 器 管 板 与 壳 体 的 连 接 结 构 分 为 可 拆式 与 不 可 拆 式 两 类 。 固 定 管 板 式 换 热 器 的 管 板 与 壳 体 间 采 用 不 可 拆的 焊 接 连 接 ， 而 浮 头 式 、 U形 管 式 和 填 料 函 式 换 热 器的 管 板 采 用 可 拆 式 连 接 。 4、 管 板 与 壳 体 的 连 接（ 1） 固 定 管 板 式 换 热 器 管 板 与 壳 体 的 连 接 兼作法兰情况： 图 7-21 兼 做 法 兰 时 管 板 与 壳 体 的 连 接 结 构 4.0MPap=10MPa壳 程 介 质 有 间 隙 腐 蚀 作 用 时 采 用 s10mm,使 用 压 力 P=10mm,使 用 压 力 P=1.0MPa不 宜 用 于 易 燃 、 易 爆 、 易 挥 发 及 有 毒介 质 的 场 合 1.0MPap=4.0MPa壳 程 介 质 无 间 隙 腐 蚀 作 用 时 采 用3 6 R5 (d)R2 2 SS 1.0p=4.0MPa壳 程 介 质 有 间 隙 腐 蚀 作用 是 采 用 4.0MPap=10MPa壳 程 介 质 无 间 隙 腐 蚀 作 用 时 采 用 hb=S(1+ 3/3)-2 3/3 6 (C)2 R2 R22 R5 2 SS 兼 做 法 兰 时 管 板 与 壳 体 的 连 接 结 构图 7-21 兼 做 法 兰 时 管 板 与 壳 体 的 连 接 结 构 4.0MPap=10MPa壳 程 介 质 有 间 隙 腐 蚀 作 用 时 采 用 s10mm,使 用 压 力 P=10mm,使 用 压 力 P=1.0MPa不 宜 用 于 易 燃 、 易 爆 、 易 挥 发 及 有 毒介 质 的 场 合 1.0MPap=4.0MPa壳 程 介 质 无 间 隙 腐 蚀 作 用 时 采 用36 R5 (d)R2 2 S S 1.0p=4.0MPa壳 程 介 质 有 间 隙 腐 蚀 作用 是 采 用 4.0MPap=10MPa壳 程 介 质 无 间 隙 腐 蚀 作 用 时 采 用 hb=S(1+ 3/3)-2 3/3 6 (C)2 R2R22 R5 2 SS 管板不兼作法兰结构： 管 板 不 作 法 兰 时 ， 与 壳 体 的 连 接 结 构 如 图 。 由于 法 兰 力 矩 不 作 用 在 管 板 上 ， 改 善 了 管 板 受 力 情 况 。 图 7-22 不 兼 做 法 兰 的 管 板 与 壳 体 的 连 接 结 构(a)p2ts; s 壳 体 应 力（ 2） t 2tt; t 管 子 应 力（ 3） s B（ 4） 管 子 拉 脱 力 q q。 l ddlaq o 2i2oto ttt d4 )(d F1 由 壳 体 和 管 子 之 间 温 差 引 起 的 轴 向力 ， N。F2 由 壳 程 和 管 程 压 力 作 用 于 壳 体 上 的 轴向 力 ， N； ttss ss2 EAEA EAQF Q 0.25(D2i n d2o) ps n(do 2St)2 pt St 管 子 壁 厚 ， mmF3 由 壳 程 和 管 程 压 力 作 用 于 管 子 上 的 轴 向 力 ， Nttss tt3 EAEA EAQF 186 （ 一 ） 工 艺 计 算 选 型 ； 确 定 管 、 壳 程 ； 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 。（ 二 ） 机 械 设 计 本 章 已 讨 论 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 。 常 用 的 冷 却 剂 有 ： 水 、 空 气 、 液 氨 等常 用 的 加 热 剂 有 ： 水 蒸 汽 、 热 空 气 、 烟 道 气 、 热 油 、 联 苯 混 合 物 等 选 用 、 设 计 原 则 不 洁 净 或 易 结 垢 的 液 体 宜 在 管 程 ， 因 管 内 清 洗 方 便 。腐 蚀 性 流 体 宜 在 管 程 ， 以 免 管 束 和 壳 体 同 时 受 到 腐 蚀 。压 力 高 的 流 体 宜 在 管 内 ， 以 免 壳 体 承 受 压 力 。饱 和 蒸 汽 宜 走 壳 程 ， 因 饱 和 蒸 汽 比 较 清 洁 ， 表 面 传 热 系 数 与流 速 无 关 ， 而 且 冷 凝 液 容 易 排 出 。流 量 小 而 粘 度 大 的 流 体 一 般 以 壳 程 为 宜 ， 因 在 壳 程 Re100即可 达 到 湍 流 。 但 这 不 是 绝 对 的 ， 如 流 动 阻 力 损 失 允 许 ， 将 这 类 流体 通 入 管 内 并 采 用 多 管 程 结 构 ， 亦 可 得 到 较 高 的 表 面 传 热 系 数 。若 两 流 体 温 差 较 大 ， 对 于 刚 性 结 构 的 换 热 器 ， 宜 将 表 面 传 热系 数 大 的 流 体 通 入 壳 程 ， 以 减 小 热 应 力 。g) 需 要 被 冷 却 物 料 一 般 选 壳 程 ， 便 于 散 热 。列 管 式 换 热 器 的 设 计 和 选 用 流 速 的 选 择 流 体 在 管 程 或 壳 程 中 的 流 速 ， 不 仅 直 接 影 响 表 面 传 热 系数 ， 而 且 影 响 污 垢 热 阻 ， 从 而 影 响 传 热 系 数 的 大 小 ， 特 别 对于 含 有 泥 沙 等 较 易 沉 积 颗 粒 的 流 体 ， 流 速 过 低 甚 至 可 能 导 致管 路 堵 塞 ， 严 重 影 响 到 设 备 的 使 用 ， 但 流 速 增 大 ， 又 将 使 流体 阻 力 增 大 。 因 此 选 择 适 宜 的 流 速 是 十 分 重 要 的 。 根 据 经 验 ，表 1及 表 2列 出 一 些 工 业 上 常 用 的 流 速 范 围 ， 以 供 参 考 。 计 算 值 的 基 准 面 积 ， 习 惯 上 常 用 管 子 的 外 表 面 积。 当 设 计 对 象 的 基 准 条 件 （ 设 备 型 式 、 雷 诺 准 数 Re、 流体 物 性 等 ） 与 某 已 知 值 的 生 产 设 备 相 同 或 相 近 时 ， 则可 采 用 已 知 设 备 值 的 经 验 数 据 作 为 自 己 设 计 的 值 。表 3为 常 见 列 管 式 换 热 器 值 的 大 致 范 围 。 由 表 3选 取 大致 值 。 用 下 式 进 行 值 核 算 。 式 中 ： 给 热 系 数 ， W/m2. ； R 污 垢 热 阻 ， m2. W； 管 壁 厚 度 ， mm； 管 壁 导 热 系 数 ， W/m. ；下 标 、 、 分 别 表 示 管 内 、 管 外 和 平 均 。当 时 近 似 按 平 壁 计 算 ， 即 ： 在 用 上 式 计 算 值 时 ， 污 垢 热 阻 、 通 常 采 用 经 验 值 ， 常 用 的 污 垢热 阻 大 致 范 围 可 查 化 工 原 理 相 关 内 容 。 式 中 的 给 热 系 数 ， 在 列 管 式 换 热 器 设 计 中 常 采 用 有 关 的 经 验值 公 式 计 算 给 热 系 数 ， 工 程 上 常 用 的 一 些 计 算 的 经 验 关 联 式在 化 工 原 理 已 作 了 介 绍 ， 设 计 时 从 中 选 用 。 流 动 方 式 的 选 择 除 逆 流 和 并 流 之 外 ， 在 列 管 式 换 热 器 中 冷 、 热 流体 还 可 以 作 各 种 多 管 程 多 壳 程 的 复 杂 流 动 。 流 量 一 定 时 ， 管 程 或 壳 程 越 多 ， 表 面 传 热 系 数 越大 ， 对 传 热 过 程 越 有 利 。 但 采 用 多 管 程 或 多 壳 程 必 导 致 流 体 阻 力 损 失 ， 即输 送 流 体 的 动 力 费 用 增 加 。 因 此 ， 在 决 定 换 热 器 的 程数 时 ， 需 权 衡 传 热 和 流 体 输 送 两 方 面 的 损 失 。 当 采 用 多 管 程 或 多 壳 程 时 ， 列 管 式 换 热 器 内 的 流动 形 式 复 杂 ， 换 热 器 的 流 体 力 学 计 算 、 结 构 设 计 、 强 度 计 算 等 等 。 流 体 通 过 换 热 器 时 阻 力 的 计 算 换 热 器 管 程 及 壳 程 的 流 动 阻 力 ， 常 常 控 制 在 一 定 允 许范 围 内 。 若 计 算 结 果 超 过 允 许 值 时 ， 则 应 修 改 设 计 参 数 或重 新 选 择 其 他 规 格 的 换 热 器 。 按 一 般 经 验 ， 对 于 液 体 常 控制 在 104 105 Pa范 围 内 ， 对 于 气 体 则 以 103 104Pa为 宜 。此 外 ， 也 可 依 据 操 作 压 力 不 同 而 有 所 差 别 ， 参 考 下 表 。换 热 器 操 作 允 许 压 降 P换 热 器 操 作 压 力 P(Pa) 允 许 压 降 P105 (表 压 ) 0.1Pa0.5Pa5 104 Pa 列管式换热器的设计和选用的计算步骤 初 步 选 定 换 热 器 的 流 动 方 式 ， 保 证 温 差 修 正 系 数大 于 0.8， 否 则 应 改 变 流 动 方 式 ， 重 新 计 算 。 计 算 热 流 量 Q及 平 均 传 热 温 差 tm， 根 据 经 验 估计 总 传 热 系 数 K估 ， 初 估 传 热 面 积 A估 。 选 取 管 程 适 宜 流 速 ， 估 算 管 程 数 ， 并 根 据 A估 的数 值 ， 确 定 换 热 管 直 径 、 长 度 及 排 列 。 在 选 择 管 程 流 体 与 壳 程 流 体 以 及 初 步 确 定 了 换 热 器主 要 尺 寸 的 基 础 上 ， 就 可 以 计 算 管 、 壳 程 流 速 和 阻 力 ，看 是 否 合 理 。 或 者 先 选 定 流 速 以 确 定 管 程 数 NP和 折 流 板间 距 B再 计 算 压 力 降 是 否 合 理 。 这 时 NP与 B是 可 以 调 整 的 参 数 ， 如 仍 不 能 满 足 要 求 ， 可 另 选 壳 径 再 进 行 计 算 ， 直到 合 理 为 止 。 3 核 算 总 传 热 系 数 分 别 计 算 管 、 壳 程 表 面 传 热 系 数 ， 确 定 污垢 热 阻 ， 求 出 总 传 系 数 K计 ， 并 与 估 算 时 所 取用 的 传 热 系 数 K估 进 行 比 较 。 如 果 相 差 较 多 ，应 重 新 估 算 。 4 计 算 传 热 面 积 并 求 裕 度 根 据 计 算 的 K计 值 、 热 流 量 Q及 平 均 温 度 差 tm， 由 总 传 热 速 率 方 程 计 算 传 热 面 积 A0， 一般 应 使 所 选 用 或 设 计 的 实 际 传 热 面 积 AP大 于A020%左 右 为 宜 。 即 裕 度 为 20%左 右 ， 裕 度 H的 计算 式 为 1、 作 出 流 程 简 图 。2、 按 生 产 任 务 计 算 换 热 器 的 换 热 量 Q。3、 选 定 载 热 体 ， 求 出 载 热 体 的 流 量 。4、 确 定 冷 、 热 流 体 的 流 动 途 径 。5、 计 算 定 性 温 度 ， 确 定 流 体 的 物 性 数 据 （ 密 度 、 比 热 、 导 热 系 数 等 ） 。6、 初 算 平 均 传 热 温 度 差 。7、 按 经 验 或 现 场 数 据 选 取 或 估 算 值 ， 初 算 出 所 需 传 热 面 积 。8、 根 据 初 算 的 换 热 面 积 进 行 换 热 器 的 尺 寸 初 步 设 计 。 包 括 管 径 、 管 长 、 管 子 数 、 管 程 数 、 管 子 排 列 方 式 、 壳 体 内 径 （ 需 进 行 圆 整 ） 等 。9、 核 算 。10、 校 核 平 均 温 度 差 。11、 校 核 传 热 量 ， 要 求 有 15 25 的 裕 度 。12、 管 程 和 壳 程 压 力 降 的 计 算 。 （ 1） 壳 体 和 管 箱 的 壁 厚 计 算（ 2） 换 热 管 与 管 板 连 接 处 的 结 构 设 计（ 3） 壳 体 与 管 板 连 接 结 构 设 计（ 4） 管 板 厚 度 计 算（ 5） 折 流 板 、 支 持 板 等 零 部 件 的 结 构 设 计（ 6 换 热 管 与 壳 体 在 介 质 压 力 和 温 差 联 合 作 用 下 的 应 力 计 算（ 7） 管 子 拉 脱 力 和 稳 定 性 校 核（ 8） 判 断 是 否 需 要 设 置 膨 胀 节 ， 如 果 需 要 ， 则 选 择 膨 胀 节 的 结 构 形 式 及 基 本尺 寸 ；（ 9） 膨 胀 节 的 应 力 计 算 及 校 核（ 10） 接 管 、 法 兰 、 支 座 等 的 选 择 ； 开 孔 补 强 设 及 计 算 等 ； （ 11） 换 热 器 的 振 动 与 防 振 如 果 选 用 换 热 器 ， 则 应 进 行 压 力 降 、 传 热 面 积 及 温 差 应 力 校 核 等 方 面 的 计 算 。 管 壳 式 换 热 器 的 机 械 设 计 计 算 步 骤 附：管壳式换热器的常见故障及排除方法 壳 程 式 换 热 器 在 使 用 的 过 程 中 ， 最 容易 发 生 故 障 的 是 作 为 换 热 元 件 的 管 子 。 流体 对 管 束 的 冲 刷 、 腐 蚀 ， 都 可 能 造 成 管 子的 损 坏 。 因 此 在 日 常 的 维 护 中 应 经 常 对 换热 器 进 行 检 查 ， 以 便 及 时 发 现 故 障 ， 并 采取 相 应 的 措 施 进 行 修 理 。 管 壳 式 换 热 器 的常 见 故 障 有 管 子 振 动 、 管 壁 积 垢 、 腐 蚀 与磨 损 、 介 质 泄 漏 等 。 一 、 管 子 的 振 动 与 防 振 措 施 管 壳 式 换 热 器 中 管 子 产 生 振 动 是 一 种 常 见 故 障 。 引 起 振 动 的 原 因 ： 管 束 与 泵 、 压 缩 机 产 生 的 共 振 ； 由 于 流 速、 管 壁 厚 度 、 折 流 板 间 距 、 管 束 排 列 等 综 合 因 素 的 影 响 而引 起 的 振 动 ； 流 体 横 向 穿 过 管 束 时 产 生 的 冲 击 等 。 振 动 严 重 ， 可 能 产 生 的 结 果 ： 相 邻 管 子 或 管 子 与 壳 体 间 发生 碰 撞 ； 使 管 子 和 壳 壁 受 到 磨 损 而 开 裂 ； 管 子 撞 击 折 流 板而 被 切 断 ； 管 端 与 管 板 连 接 处 松 动 而 发 生 泄 漏 ； 管 子 发 生疲 劳 破 坏 ； 壳 程 流 体 流 动 阻 力 增 大 等 。 当 换 热 管 发 生 振 动 时 ， 应 针 对 振 动 产 生 的 不 同 原 因 采 取不 同 的 对 策 。 常 用 的 方 法 ： 在 流 体 人 口 处 前 设 置 缓 冲 措 施 防 止 脉 冲 ； 折流 板 上 的 孔 径 与 管 子 外 径 间 隙 尽 量 地 小 ； 减 小 折 流 板 间 隔， 使 管 子 振 幅 变 小 ； 加 大 管 壁 厚 度 和 折 流 板 厚 度 ， 增 加 管 子 刚 性 等 。 二 、 管 壁 积 垢 由 于 换 热 器 操 作 中 所 处 理 的 流 体 ， 有 的 是 悬 浮 液 ， 有 的夹 带 有 固 体 颗 粒 ， 有 的 粘 结 物 含 量 高 ， 有 的 含 有 泥 沙 、 藻类 等 杂 质 。 随 着 使 用 时 间 的 延 长 ， 在 换 热 管 的 内 外 表 面 上会 产 生 积 垢 。 积 垢 引 起 的 故 障 ： 总 导 热 系 数 下 降 ， 传 热 效 率 降 低 ； 换 热管 的 管 径 因 积 垢 而 减 小 ， 流 体 通 过 管 内 的 流 速 增 加 ， 造 成压 力 损 失 增 大 ； 积 垢 导 致 管 壁 腐 蚀 ， 腐 蚀 严 重 时 ， 造 成 管壁 穿 孔 ， 两 种 流 体 混 合 而 破 坏 正 常 操 作 。 对 积 垢 采 取 的 措 施 ： 加 强 巡 回 检 查 ， 了 解 积 垢 的 程 度 ；对 某 些 可 净 化 的 流 体 ， 在 进 入 换 热 器 前 进 行 净 化 (如 水 处 理)； 对 于 易 结 垢 的 流 体 ， 应 采 用 容 易 检 查 、 拆 卸 和 清 洗 的 结构 ； 定 期 进 行 污 垢 的 清 除 等 。 三 、 管 子 的 泄 漏 管 子 发 生 泄 漏 的 主 要 原 因 ： 介 质 的 冲 刷 引 起 的 磨 损 ， 导 致管 壁 破 裂 ； 介 质 或 积 垢 腐 蚀 穿 孔 ； 管 子 振 动 引 起 管 子 与 管 板连 接 处 泄 漏 。 管 子 有 泄 漏 现 象 时 ， 采 取 的 措 施 视 泄 漏 管 数 的 多 少 而 定 。 如 管 束 中 仅 有 一 根 或 数 根 管 子 泄 漏 ， 可 采 用 堵 塞 的 方 法 进行 修 理 。 即 用 做 成 锥 形 的 金 属 材 料 塞 在 管 子 两 端 打 紧 焊 牢 ，将 损 坏 的 管 子 堵 死 不 用 。 金 属 材 料 的 硬 度 应 低 于 管 子 材 料 的硬 度 。 金 属 锥 塞 的 锥 度 一 般 为 3一 5度 之 间 。 采 用 堵 管 的 方 法解 决 管 子 泄 漏 现 象 简 单 易 行 ， 但 堵 管 总 数 不 得 超 过 10 ， 否则 将 对 传 热 效 果 产 生 较 大 影 响 。 发 生 泄 漏 的 管 子 较 多 时 ， 应 采 用 更 换 管 子 的 方 法 进 行 修理 。 更 换 管 子 时 ， 首 先 采 用 钻 孔 、 铰 孔 或 錾 削 的 方 法 拆 除 已损 坏 的 管 子 ， 拆 除 管 子 时 ， 应 注 意 不 要 损 坏 管 板 的 孔 口 ， 以便 更 新 管 子 时 ， 使 管 子 与 管 板 有 较 严 密 的 连 接 。 然 后 采 用 胀 接 或 焊 接 的 方 法 将 新 管 连 接 在 管 板 上 。 管 壳 式 换 热 器 介 绍 结 束请 继 续 了 解 其 它 形 式 换 热 器 。 。 。 换 热 器 的 分 类 热 流 体 冷 流 体热 流 体 冷 流 体 直 接 接 触 式直 接 接 触 式 换 热 器 混 合 式 换 热 器 :通 过冷 热 流 体 直 接 混 合进 行 热 量 交 换 的 设备 称 为 混 合 式 换 热器 ， 或 直 接 式 换 热 器 ，如 冷 却 塔 、 气 压 冷 凝器 、 在 传 质 的 同 时 进行 传 热 的 塔 设 备 等 。结 构 简 单 ， 传 热 效 果 好 ， 但 不 能 用 于发 生 反 应 或 有 影 响 的 流 体 之 间 局 限 ：只 适 用 于 允 许 两 流 体 混 合 的 场 合 。 实 例 ： 冷 却 塔 、 气 压 冷 凝 器 冷 流 体 冷 流 体热 流 体热 流 体蓄 热 式 蓄 热 式 换 热 器蓄 热 式 换 热 器 利 用 冷 热 两 种 流 体 交替 通 过 换 热 器 内 的 同 一 通 道 而 进 行热 量 传 递 。 局 限 ： 不 能 用 于 两 流 体 不 允 许 混 合 的 场 合 。 又 称 表 面 式 换 热 器利 用 间 壁 进 行 热 交 换 。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 。