换热器的分类ppt课件

换换 热热 器器 1 1 换 热 器 1换热设备换热设备1 基本类型基本类型2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3 管板设计管板设计4 膨胀节设计膨胀节设计5 管束振动和防止管束振动和防止2 2换热设备1 基本类型2 管壳式换热器结构3 管板设计4 膨胀 管壳式换热器管壳式换热器3 31：管壳式换热器3管壳式换热器管壳式换热器4 4管壳式换热器4基本类型基本类型一、固定管板式一、固定管板式二、浮头式二、浮头式三、三、U形管式形管式四、填料函式四、填料函式五、釜式重沸器五、釜式重沸器5 5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、基本类型基本类型一、固定管板式换热器一、固定管板式换热器结构结构6 6基本类型一、固定管板式换热器结构6双管程固定管板换热器7 7双管程固定管板换热器7适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。侧压力不高的场合。结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价结构简单、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。低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相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。差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。为减少为减少热应力热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件，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。（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。8 8适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶优点结构简单、二、浮头式二、浮头式结构结构浮头端可自由伸缩，无热应力浮头端可自由伸缩，无热应力浮头端浮头端9 9二、浮头式结构浮头端可自由伸缩，无热应力浮头端9浮头式换热器浮头式换热器1010浮头式换热器10优点优点管间和管内清洗方便，不会产生热应力；管间和管内清洗方便，不会产生热应力；缺点缺点结构复杂，造价比固定管板式换热器高，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在操作中无法检查，制造时对密封要求较 高。高。应用应用壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易 结垢的场合。结垢的场合。1111优点管间和管内清洗方便，不会产生热应力；11三、三、U U形管式换热器形管式换热器结构结构U U形管形管1212三、U形管式换热器结构U形管12U U形管式换热器形管式换热器1313U形管式换热器13 优点优点 结构比较简单、价格便宜，承压能力强。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；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；管束最内层管间距大，管板利用率低；缺点缺点 壳程流体易短路，传热不利。壳程流体易短路，传热不利。当管子泄漏损坏时，只有外层当管子泄漏损坏时，只有外层U U形管可更形管可更 换，内层管只能堵死，坏一根换，内层管只能堵死，坏一根U U形管相当形管相当 于坏两根管，报废率较高。于坏两根管，报废率较高。管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要 应用应用 清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的 场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢场合。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。的高温、高压、腐蚀性大的物料。1414 优点 结构比较简单、价格便宜，承压能力强。14四、填料函式四、填料函式结构结构填料函式密封填料函式密封1515四、填料函式结构填料函式密封15优点优点 结构较浮头式简单，加工制造方便；结构较浮头式简单，加工制造方便；节省材料，造价比较低廉节省材料，造价比较低廉;管束从壳体内可抽出管束从壳体内可抽出;管内、管间都能进行清洗，维修方便。管内、管间都能进行清洗，维修方便。缺点缺点 填料处易泄漏。填料处易泄漏。应用应用 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填 料的物性限制。料的物性限制。注：填料函式换热器现在已很少采用。注：填料函式换热器现在已很少采用。1616优点 结构较浮头式简单，加工制造方便；16五、釜式重沸器五、釜式重沸器蒸发空间蒸发空间结构结构管束可以为浮头式、管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构形管式和固定管板式结构1717五、釜式重沸器蒸发空间结构管束可以为浮头式、U形管式和固定管与浮头式、与浮头式、U U形管式换热器一样，形管式换热器一样，清洗维修方便；清洗维修方便；可处理不清洁、易结垢介质，能可处理不清洁、易结垢介质，能承受高温、高压（无温差应力）。承受高温、高压（无温差应力）。特点特点1818与浮头式、U形管式换热器一样，特点18管壳式换热器结构管壳式换热器结构管程管程与管束中流体相通的空间与管束中流体相通的空间壳程壳程换热管外面流体及相通空间换热管外面流体及相通空间管程管程管程管程壳程壳程壳程壳程管程管程管程管程1919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管壳式换热器结构管壳式换热器结构管程结构管程结构一、换热管一、换热管二、管板二、管板三、管箱三、管箱四、管束分程四、管束分程五、换热管与管板连接五、换热管与管板连接2020管壳式换热器结构管程结构一、换热管二、管板三、管箱四、管束分一、换热管一、换热管1.换热管型式换热管型式光管光管强化传热管强化传热管翅片管（在给热系数低侧）翅片管（在给热系数低侧）螺旋槽管螺旋槽管螺纹管螺纹管2.换热管尺寸换热管尺寸192、252.5和和382.5mm无缝钢管无缝钢管252和和382.5mm不锈钢管不锈钢管标准管长标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等等2121一、换热管1.换热管型式光管强化传热管翅片管（在给热系数低侧小管径小管径单位体积传热面积增大、单位体积传热面积增大、结构紧凑、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高金属耗量减少、传热系数提高阻力大，不便清洗，易结垢堵塞阻力大，不便清洗，易结垢堵塞用于较清洁的流体用于较清洁的流体粘性大或污浊的流体粘性大或污浊的流体大管径大管径2222小管径单位体积传热面积增大、结构紧凑、粘性大或污浊的流体大管3.换热管材料换热管材料金属材料金属材料碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢不锈钢不锈钢铜铜铜镍合金铜镍合金铝合金铝合金钛等钛等非金属材料非金属材料石墨石墨陶瓷陶瓷聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等23233.换热管材料金属材料碳素钢低合金钢不锈钢铜铜镍合金铝合金钛4.换热管排列形式及中心距换热管排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；三角形布管多，但不易清洗；正方形及转角正方形较易清洗正方形及转角正方形较易清洗管桥强度管桥强度清洗通道清洗通道P1.25d024244.换热管排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；管桥强常用换热管中心距常用换热管中心距/mm换热管外径换热管外径换热管外径换热管外径dodo12121414191925253232383845455757换热管中心距换热管中心距换热管中心距换热管中心距161619192525323240404848575772722525常用换热管中心距/mm换热管外径do121419253238262626二、管板二、管板作用作用用来排布换热管；用来排布换热管；将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合；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。承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。2727二、管板作用用来排布换热管；271.管板材料管板材料力学性能力学性能介质腐蚀性（及介质腐蚀性（及tube-tubesheet间电位差对腐蚀影响）间电位差对腐蚀影响）贵重钢板价格贵重钢板价格流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，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；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，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。为经济考虑，采用复合钢板或堆焊衬里。28281.管板材料力学性能流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，282.管板结构管板结构厚度厚度满足强度前提下，尽量减少管板厚度满足强度前提下，尽量减少管板厚度热应力热应力29292.管板结构厚度热应力29厚度计算标准厚度计算标准GB151管壳式换热器管壳式换热器美国管式换热器制造商协会标准美国管式换热器制造商协会标准TEMA西德西德AD标准标准厚度厚度“厚管板厚管板”GB151管壳式换热器、管壳式换热器、美国管式换热器制造商协会标准美国管式换热器制造商协会标准TEMA“薄管板薄管板”西德西德AD标准，厚度一般标准，厚度一般为为8-20mm3030厚度计算标准GB151管壳式换热器厚度“厚管板”GB薄管板薄管板平面形平面形椭圆形椭圆形碟形碟形球形球形挠性薄管板等挠性薄管板等目前主要有目前主要有3131薄管板平面形椭圆形碟形球形挠性薄管板等目前主要有31比较四种用于固定管板换热器的薄管板结构：比较四种用于固定管板换热器的薄管板结构：薄管板贴于法兰表面上，薄管板贴于法兰表面上，当管程通过腐蚀性介质时，当管程通过腐蚀性介质时，密封槽开在管板上，法兰不密封槽开在管板上，法兰不与管程介质接触与管程介质接触（a）（b）薄管板嵌入法兰内，并将表面车薄管板嵌入法兰内，并将表面车平。不论管程和壳程是否有腐蚀平。不论管程和壳程是否有腐蚀性介质，法兰都会与腐蚀性介质性介质，法兰都会与腐蚀性介质接触，需采用耐腐蚀材料，接触，需采用耐腐蚀材料，而而且管板受法兰力距的影响较大且管板受法兰力距的影响较大3232比较四种用于固定管板换热器的薄管板结构：薄管板贴于法兰表面上薄管板在法兰下面且与筒体薄管板在法兰下面且与筒体 焊接。壳程通入腐蚀性介质焊接。壳程通入腐蚀性介质 时，不必采用耐腐蚀材料；时，不必采用耐腐蚀材料；管板离开了法兰，减小了法管板离开了法兰，减小了法 兰力矩和变形对管板的影兰力矩和变形对管板的影 响，降低了管板因法兰引起响，降低了管板因法兰引起 的应力；的应力；管板与刚度较小的筒体连管板与刚度较小的筒体连 接，也降低了管板的边缘应接，也降低了管板的边缘应 力；力；是一种较好的结构。是一种较好的结构。（c）3333薄管板在法兰下面且与筒体（c）33（d）管板与壳体间有一个圆弧过管板与壳体间有一个圆弧过 渡连接，并且很薄，管板具渡连接，并且很薄，管板具 有一定弹性，可补偿管束与有一定弹性，可补偿管束与 壳体间的热膨胀；壳体间的热膨胀；过渡圆弧可减少管板边缘的过渡圆弧可减少管板边缘的 应力集中。应力集中。该种管板没有法兰力矩的影该种管板没有法兰力矩的影 响。响。壳程流体通入腐蚀性介质壳程流体通入腐蚀性介质 时，法兰不会受到腐蚀。时，法兰不会受到腐蚀。挠性薄管板加工比较复杂。挠性薄管板加工比较复杂。挠性薄管板结构挠性薄管板结构3434（d）管板与壳体间有一个圆弧过挠性薄管板结构34图图6-16椭圆形管板椭圆形管板以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降低热应力；适用于高压、大直径的换热器。低热应力；适用于高压、大直径的换热器。3535图6-16以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。35用于严格禁止管程用于严格禁止管程与壳程介质互相混与壳程介质互相混合的场合。合的场合。方法：方法：从短节排出从短节排出 短节圆筒充入高于短节圆筒充入高于 管程、壳程压力的管程、壳程压力的 惰性介质惰性介质图图6-17 双管板结构双管板结构1空隙空隙 2壳程管板壳程管板 3短节短节 4管程管板管程管板12343636用于严格禁止管程方法：图6-17 双管板结构123436三、管箱三、管箱作用作用流体送入换热管和送出换热器，流体送入换热管和送出换热器，在多管程结构中，还起到改变流体流向的作用。在多管程结构中，还起到改变流体流向的作用。结构形式决定因素结构形式决定因素清洗？管束分程？清洗？管束分程？(a)(b)(c)(d)3737三、管箱作用流体送入换热管和送出换热器，结构形式决定因素特点特点清洗时要拆除管线；清洗时要拆除管线；该结构适用于较清该结构适用于较清洁的介质。洁的介质。(a)3838特点清洗时要拆除管线；该结构适用于较清洁的介质。(a)38换热器管箱3939换热器管箱39清洗时不要拆除管线；清洗时不要拆除管线；缺点是用材较多。缺点是用材较多。特点特点(b)4040清洗时不要拆除管线；特点(b)40特点特点检查、清洗不方便检查、清洗不方便很少使用很少使用（1）（2）(c)4141特点检查、清洗不方便（1）（2）(c)41特点特点设置多层隔板设置多层隔板的管箱结构的管箱结构(d)4242特点设置多层隔板的管箱结构(d)42四、管束分程四、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换热面积要变大管数增加管数增加流速下降流速下降传热系数下降传热系数下降多管程多管程管子加长管子加长4343四、管束分程管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个管管束分程布置图管束分程布置图每程管数大致相同，温差不超过每程管数大致相同，温差不超过20左右为好左右为好流向流向4444管束分程布置图每程管数大致相同，温差不超过20左右为好流向五、换热管与管板连接五、换热管与管板连接强度胀强度胀强度焊强度焊胀焊并用胀焊并用1.强度胀强度胀保证换热管与管板连接的保证换热管与管板连接的密封性能密封性能及及抗拉脱强度抗拉脱强度的胀接的胀接设计压力设计压力4.0MPa；设计温度设计温度300；操作中无剧烈振动、无过大温度波动，操作中无剧烈振动、无过大温度波动，及无明显应力腐蚀等场合。及无明显应力腐蚀等场合。应用应用4545五、换热管与管板连接强度胀强度焊胀焊并用1.强度胀保证换热管33 8300300K11130033 86K11133863003111300K贴胀贴胀结构结构用于用于25mm的场合的场合用于用于25mm的场合的场合用于厚管板及避免用于厚管板及避免晶间腐蚀的场合晶间腐蚀的场合强度胀接管孔结构强度胀接管孔结构300l4646338300300K1113003386K111338非均匀胀接非均匀胀接均匀胀接均匀胀接胀接机理胀接机理方法方法管子硬度一般须低于管板硬度，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若达不到，可进行管头退火处理4747非均匀胀接均匀胀接胀接机理方法管子硬度一般须低于管板硬度，4液压胀液压胀管器管器4848液压胀管器48液压胀接液压胀接 4949液压胀接 49机械胀接机械胀接 5050机械胀接 502.强度焊强度焊保证换热管与管板连接的保证换热管与管板连接的密封性能密封性能及及抗拉脱强度抗拉脱强度的焊接。的焊接。用于整体管板用于整体管板用于复合管板用于复合管板图图6-20 强度焊接管孔结构强度焊接管孔结构51512.强度焊保证换热管与管板连接的用于整体管板用于复合管板图6优点优点焊接结构强度高，抗拉脱力强度高。焊接结构强度高，抗拉脱力强度高。高温下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。高温下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。泄露处可补焊和更换。泄露处可补焊和更换。焊后，管子与管板中存在残余热应力和应力集中，焊后，管子与管板中存在残余热应力和应力集中，运行时可能引起应力腐蚀与疲劳破坏；运行时可能引起应力腐蚀与疲劳破坏；缝隙腐蚀。缝隙腐蚀。缺点缺点除较大振动和缝隙腐蚀场合外，该方法应用广泛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。薄管板不能胀，只能焊。应用应用5252优点焊接结构强度高，抗拉脱力强度高。焊后，管子与管板中存在残3.胀焊并用胀焊并用主要有主要有强度胀强度胀+密封焊密封焊、强度焊强度焊+贴胀贴胀、强度焊强度焊+强度胀强度胀等等不仅能提高连接处的抗疲劳性能，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，而且还可消除应力腐蚀和缝隙腐蚀，提高使用寿命提高使用寿命应用：应用：密封性能要求较高；密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；有缝隙腐蚀；需使用复合管板等的场合需使用复合管板等的场合53533.胀焊并用主要有强度胀+密封焊、强度焊+贴胀、强度焊+强度切除管子端部切除管子端部5454切除管子端部54讨论讨论关于先焊还是先胀的讨论关于先焊还是先胀的讨论机械胀接机械胀接先焊后胀先焊后胀液压胀接液压胀接先胀后焊先胀后焊5555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壳程结构壳程结构一、壳体一、壳体二、折流板二、折流板三、折流杆三、折流杆四、防短路结构四、防短路结构五、壳程分程五、壳程分程5656壳程结构一、壳体二、折流板三、折流杆四、防短路结构五、壳程分一、壳体一、壳体1.接管接管2.防冲挡板防冲挡板3.导流筒导流筒焊在壳体上，供壳程流体进、出。焊在壳体上，供壳程流体进、出。防止进口流体直接冲击管束造成管子的侵蚀和防止进口流体直接冲击管束造成管子的侵蚀和振动，在壳程进口接管处安装，也叫缓冲板。振动，在壳程进口接管处安装，也叫缓冲板。焊接在拉杆、定距管、焊接在拉杆、定距管、I折流板上折流板上焊接在圆筒上焊接在圆筒上用用U型螺栓固定在换热管上型螺栓固定在换热管上固定形式固定形式减少流体滞留区，改善两端流体的分布，减少流体滞留区，改善两端流体的分布，增加换热管的有效换热长度，提高传热效率；增加换热管的有效换热长度，提高传热效率；起防冲挡板的作用。起防冲挡板的作用。5757一、壳体1.接管2.防冲挡板3.导流筒焊在壳体上导流筒导流筒5858导流筒58二、折流板二、折流板1.作用作用提高壳程流体流速，增加湍动程度；提高壳程流体流速，增加湍动程度；使壳程流体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数；使壳程流体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数；减少结垢。减少结垢。2.结构形式（见图）结构形式（见图）弓形弓形圆盘圆盘-圆环形圆环形堰形折流板堰形折流板5959二、折流板1.作用提高壳程流体流速，增加湍动程度；2.结构形(a)单弓形单弓形(d)圆盘圆盘-圆环形圆环形(c)三弓形三弓形(b)双弓形双弓形弓形缺口高度弓形缺口高度h应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示，缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示，如单弓形折流板，如单弓形折流板，h一般取一般取0.200.45Di，最常用，最常用0.25Di。图图6-21 折流板形式折流板形式6060(a)单弓形(d)圆盘-圆环形(c)三弓形(b)双弓形弓形缺3.弓形缺口及通液口设置弓形缺口及通液口设置（A）壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置图图6-22 折流板缺口布置折流板缺口布置通液口通液口通液口通液口通气口通气口通气口通气口61613.弓形缺口及通液口设置（A）壳程为单相清洁液体时，折流板缺（B）卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固体颗粒时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板体颗粒时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口最低处开通液口通液口通液口图图6-22 折流板缺口布置折流板缺口布置6262（B）卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固体颗粒时折流板缺口垂直左右布置折流板缺口垂直左右布置6363折流板缺口垂直左右布置63折流板折流板6464折流板644.折流板布置折流板布置位置：管束两端的折流板尽量靠近进出口接管位置：管束两端的折流板尽量靠近进出口接管间距：间距：Lmin不小于不小于0.2Di，且不小于，且不小于50mm；Lmax不大于不大于Di；65654.折流板布置位置：管束两端的折流板尽量靠近进出口接管65折流板上管孔与换热管的间隙以及折流板与壳体内壁之间的折流板上管孔与换热管的间隙以及折流板与壳体内壁之间的间隙间隙过大过大泄露严重，不利传热；易引起振动。泄露严重，不利传热；易引起振动。过小过小安装困难。安装困难。当换热管的无支撑跨距超过了标准中规定值时，当换热管的无支撑跨距超过了标准中规定值时，必须设置一定数量的支撑板，按照折流板处理。必须设置一定数量的支撑板，按照折流板处理。6666折流板上管孔与换热管的间隙以及折流板与壳体内壁之间的间隙当换5.折流板的固定折流板的固定B、换热管外径换热管外径14mm时时点焊结构点焊结构A、换热管外径换热管外径 14mm时时拉杆拉杆-定距管结构定距管结构dndn图图6-23 拉杆结构拉杆结构67675.折流板的固定B、换热管外径14mm时点焊结构A、换三、折流杆三、折流杆作用作用管束支撑结构管束支撑结构特点特点减轻折流板对换热管的剪切破坏和流体诱导振动；减轻折流板对换热管的剪切破坏和流体诱导振动；避免折流板导致的传热死区，减小流体阻力，避免折流板导致的传热死区，减小流体阻力，提高传热效率；提高传热效率；（1）支撑杆）支撑杆（2）折流杆）折流杆（3）滑轨）滑轨图图6-24 折流杆结构折流杆结构 6868三、折流杆作用管束支撑结构特点减轻折流板对换热管的剪四、防短路结构四、防短路结构1.旁路挡板旁路挡板旁路挡板旁路挡板 挡管（或称假管）挡管（或称假管）中间挡板中间挡板为了防止为了防止壳程边缘壳程边缘介质短路介质短路旁路挡板旁路挡板折流板折流板图图6-25 挡管结构挡管结构6969四、防短路结构1.旁路挡板旁路挡板 挡管（或称假旁路挡板可用旁路挡板可用钢板钢板或或扁钢扁钢制成，其厚度一般与制成，其厚度一般与折流板相同。折流板相同。旁路挡板嵌入折流板槽内，并旁路挡板嵌入折流板槽内，并与折流板焊接与折流板焊接。壳体公称直径壳体公称直径DN500mm时，增设一对旁路挡板；时，增设一对旁路挡板；DN=500mm时，增设二对挡板；时，增设二对挡板；DN1000mm时，增设三对旁路挡板。时，增设三对旁路挡板。7070旁路挡板可用钢板或扁钢制成，其厚度一般与702、挡管、挡管图图6-26 挡管结构挡管结构防止管间短路；防止管间短路；分程隔板槽背面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管；分程隔板槽背面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管；挡管一般与换热管规格相同，可与折流板点焊固定，也可用挡管一般与换热管规格相同，可与折流板点焊固定，也可用拉杆（带定距管或不带定距管）代替。拉杆（带定距管或不带定距管）代替。挡管每隔挡管每隔34排换热管设置一根，但不设置在折流板缺口处排换热管设置一根，但不设置在折流板缺口处71712、挡管图6-26 挡管结构防止管间短路；71隔板与挡管隔板与挡管7272隔板与挡管723.中间挡板中间挡板中间挡板中间挡板图图6-27 中间挡板中间挡板U形管束中心部分存在较大间隙形管束中心部分存在较大间隙，防止管间短路；，防止管间短路；中间挡板一般与折流板点焊固定；中间挡板一般与折流板点焊固定；中间挡板的数量中间挡板的数量:DN500mm时，设置时，设置1块挡板；块挡板；500mmDN1000mm时，设置时，设置2块挡板；块挡板；DN1000mm时，设置不少于时，设置不少于3块挡板。块挡板。73733.中间挡板中间挡板图6-27 U形管束中心部分存在较大间隙五、壳程分程五、壳程分程根据工艺设计要求，根据工艺设计要求，或为增大壳程流体传热系数，或为增大壳程流体传热系数，也可将换热器壳程分为多程的结构。也可将换热器壳程分为多程的结构。7474五、壳程分程根据工艺设计要求，74换热设备换热设备1 基本类型基本类型2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3 管板设计管板设计4 膨胀节设计膨胀节设计5 管束振动和防止管束振动和防止7575换热设备1 基本类型2 管壳式换热器结构3 管板设计4 膨胀管板设计管板设计一、管板设计的基本考虑一、管板设计的基本考虑二、管板设计思路二、管板设计思路三、薄管板设计三、薄管板设计7676管板设计一、管板设计的基本考虑二、管板设计思路三、薄管板设计各国的管板设计公式尽管形式各异，但其大体上各国的管板设计公式尽管形式各异，但其大体上是分别在以下三种基本假设的前提下得出的：是分别在以下三种基本假设的前提下得出的：（1）将管板看成周边支承条件下承受均布载荷的圆平板，）将管板看成周边支承条件下承受均布载荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式。考虑到管孔的削弱，再引入应用平板理论得出计算公式。考虑到管孔的削弱，再引入经验性的修正公式。经验性的修正公式。（2）将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的）将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的圆平板。管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。实践圆平板。管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。实践证明，这种公式适用于各种薄管板的计算。证明，这种公式适用于各种薄管板的计算。（3）将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆）将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆平板，既把圆平板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时平板，既把圆平板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。7777各国的管板设计公式尽管形式各异，但其大体上是分别在以下三种基一、管板设计的基本考虑一、管板设计的基本考虑 假设：假设：把实际的管板简把实际的管板简化为承受均布载化为承受均布载荷、放置在弹性荷、放置在弹性基础上且受管孔基础上且受管孔均匀削弱的当量均匀削弱的当量圆平板。圆平板。GB151管壳式换热器管壳式换热器7878一、管板设计的基本考虑 假设：GB151管壳式换热器a.管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用7979a.管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用布管区布管区不布管区不布管区b.管板周边不布管区对管板应力的影响管板周边不布管区对管板应力的影响管板管板靠近中央部分的靠近中央部分的布管区布管区靠近周边处较窄的不布管区靠近周边处较窄的不布管区8080布管区不布管区b.管板周边不布管区对管板应力的影响按其面积简c.不同结构形式的换热器不同结构形式的换热器,管板边缘有不同形式的连接结构，根管板边缘有不同形式的连接结构，根 据具体情况，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管据具体情况，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管 板边缘转角的约束作用；板边缘转角的约束作用；(不同连接结构，设计步骤有所不同不同连接结构，设计步骤有所不同)a型型b型型c型型d型型e型型f型型8181c.不同结构形式的换热器,管板边缘有不同形式的连接结构，根d.管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响e型型f 型型8282d.管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响e型f 型假设：假设：把实际的管板简化为承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔把实际的管板简化为承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。均匀削弱的当量圆平板。a.管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用b.管板周边不布管区对管板应力的影响：将管板划分为两个区，即管板周边不布管区对管板应力的影响：将管板划分为两个区，即 靠近中央部分的布管区和靠近周边处较窄的不布管区。通常管板靠近中央部分的布管区和靠近周边处较窄的不布管区。通常管板 周边部分较窄的不布管区按其面积简化为圆环形实心板。由于不周边部分较窄的不布管区按其面积简化为圆环形实心板。由于不 布管区的存在，管板边缘的应力下降；布管区的存在，管板边缘的应力下降；c.不同结构形式的换热器，管板边缘有不同形式的连接结构，根不同结构形式的换热器，管板边缘有不同形式的连接结构，根 据具体情况，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管板据具体情况，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管板 边缘转角的约束作用；边缘转角的约束作用；d.管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响。管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响。8383假设：a.管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的二、管板设计思路二、管板设计思路1.管板弹性分析管板弹性分析综合考虑综合考虑Ps、Pt；T；预紧法兰力矩等载荷预紧法兰力矩等载荷简化管板为弹性基础简化管板为弹性基础上的等效均质圆平板上的等效均质圆平板建立每个单独元件位移与转角建立每个单独元件位移与转角与其上的内力的关系式与其上的内力的关系式以内力为未知量的变形协调方程组以内力为未知量的变形协调方程组求得内力后，计算危险截面上应力求得内力后，计算危险截面上应力应力校核应力校核u、-N-u、-N-8484二、管板设计思路1.管板弹性分析综合考虑Ps、Pt；T；管板与其相关元件的内力分析图管板与其相关元件的内力分析图内力共内力共14个个8585管板与其相关元件的内力分析图内力共85作用在封头作用在封头(管箱管箱)与管箱法兰连接处的与管箱法兰连接处的 边缘弯矩边缘弯矩 Mh、横剪力、横剪力 Hh，轴向力，轴向力 Vh管板与其相关管板与其相关 元件的内力分析图元件的内力分析图8686作用在封头(管箱)与管箱法兰连接处的管板与其相关86VGVbVbVG作用在垫片上的作用在垫片上的轴向内力轴向内力 VG与作用在螺栓圆上的与作用在螺栓圆上的螺栓力螺栓力 Vb管板与其相关管板与其相关 元件的内力分析图元件的内力分析图8787VGVbVbVG作用在垫片上的管板与其相关87MMR RHHR RV VR RV VR RHHR R作用在环形的不布管区作用在环形的不布管区与壳体法兰之间即半径与壳体法兰之间即半径为为R处的处的:弯矩弯矩 MR径向力径向力 HR轴向剪力轴向剪力 VR管板与其相关管板与其相关 元件的内力分析图元件的内力分析图8888MRHRVRVRHR作用在环形的不布管区弯矩 MR管MfMfMfVfHf作用在管板布管区作用在管板布管区与边缘环板连接处与边缘环板连接处即半径为即半径为RtRt处的处的:边缘弯矩边缘弯矩Mf径向剪力径向剪力Hf边缘剪力边缘剪力Vf管板与其相关管板与其相关 元件的内力分析图元件的内力分析图8989MfMfMfVfHf作用在管板布管区边缘弯矩Mf管板与其相关2.危险工况危险工况确定危险工况的基本原则：确定危险工况的基本原则：如果不能保证换热器壳程压力如果不能保证换热器壳程压力ps与管程压力与管程压力pt在任何情况在任何情况下都能同时作用，则不允许以壳程压力和管程压力的压差下都能同时作用，则不允许以壳程压力和管程压力的压差进行管板设计。进行管板设计。如果如果ps和和pt之一为负压时，则应考虑压差的危险组合。之一为负压时，则应考虑压差的危险组合。管板是否兼作法兰等不同结构，危险工况组合也不同。管板是否兼作法兰等不同结构，危险工况组合也不同。90902.危险工况确定危险工况的基本原则：如果不能保证换热器壳程对于固定管板换热器，管板分析时应考虑下列危险工况对于固定管板换热器，管板分析时应考虑下列危险工况:只有壳程压力只有壳程压力ps，而管程压力，而管程压力pt=0，不计热膨胀差；，不计热膨胀差；只有管程压力只有管程压力pt，而壳程压力，而壳程压力ps=0，不计热膨胀差；，不计热膨胀差；只有管程压力只有管程压力pt，而壳程压力，而壳程压力ps=0，同时考虑热膨胀差。，同时考虑热膨胀差。只有壳程压力只有壳程压力ps，而管程压力，而管程压力pt=0，同时考虑热膨胀差；，同时考虑热膨胀差；9191对于固定管板换热器，管板分析时应考虑下列危险工况:只有壳程压3.管板应力校核管板应力校核管板布管区应力值、管板布管区应力值、环形板的应力值、环形板的应力值、壳体法兰应力、壳体法兰应力、换热管轴向应力、换热管轴向应力、换热管与管板连接拉脱力换热管与管板连接拉脱力q需计算出的进行校核的应力：需计算出的进行校核的应力：应力分类、校核应力分类、校核在不同的危险工况组合下，计算出相应的：在不同的危险工况组合下，计算出相应的：92923.管板应力校核管板布管区应力值、需计算出的进行校核的应力4.管板应力的调整管板应力的调整调整方法调整方法增加管板厚度增加管板厚度降低壳体轴向刚度，如设置膨胀节降低壳体轴向刚度，如设置膨胀节（降低由温差引起的膨胀差导致的管板应力增加）（降低由温差引起的膨胀差导致的管板应力增加）提高管板的抗弯截面模量提高管板的抗弯截面模量93934.管板应力的调整调整方法增加管板厚度降低壳体轴向刚度5.管板设计计算软件管板设计计算软件减少繁重劳动，利用计算软件，如减少繁重劳动，利用计算软件，如SW6等。等。94945.管板设计计算软件减少繁重劳动，利用计算软件，如SW6等三、薄管板设计三、薄管板设计主要载荷由管壁与壳壁的温度差决定，主要载荷由管壁与壳壁的温度差决定，流体压力引起的应力与挠度相对说来是不大的。流体压力引起的应力与挠度相对说来是不大的。管子的稳定性验算管子的稳定性验算公称公称公称公称直径直径直径直径300300400400500500600600700700800800900900120012001400140018001800管板管板管板管板厚度厚度厚度厚度8 81010121214141616表表6-3 薄管板的厚度薄管板的厚度 mm9595三、薄管板设计主要载荷由管壁与壳壁的温度差决定，管子的稳定性换热设备换热设备6.2.1 基本类型基本类型6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2.3 管板设计管板设计6.2.4 膨胀节设计膨胀节设计6.2.5 管束振动和防止管束振动和防止9696换热设备6.2.1 基本类型6.2.2 管壳式换热器结构6.膨胀节设计膨胀节设计一、膨胀节的作用一、膨胀节的作用二、是否设置膨胀节的判断二、是否设置膨胀节的判断9797膨胀节设计一、膨胀节的作用二、是否设置膨胀节的判断97一、膨胀节的作用一、膨胀节的作用1.膨胀节的作用膨胀节的作用降低由于管束和降低由于管束和壳体间热膨胀差壳体间热膨胀差所引起的所引起的管板应管板应力力、换热管与壳、换热管与壳体上的体上的轴向应力轴向应力以及管板与换热以及管板与换热管间的管间的拉脱力拉脱力。U形膨胀节形膨胀节9898一、膨胀节的作用1.膨胀节的作用降低由于管束和U形膨胀节98膨胀节膨胀节9999膨胀节992.膨胀节的结构形式膨胀节的结构形式a.U膨胀节膨胀节b.膨胀节膨胀节c.平板膨胀节平板膨胀节二、是否设置膨胀节的判断二、是否设置膨胀节的判断别忽视其他有效方法别忽视其他有效方法标准：标准：GB16749压力容器波形膨胀节压力容器波形膨胀节1001002.膨胀节的结构形式a.U膨胀节b.膨胀节c.平板膨换热设备换热设备1 基本类型基本类型2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3 管板设计管板设计4 膨胀节设计膨胀节设计5 管束振动和防止管束振动和防止101101换热设备1 基本类型2 管壳式换热器结构3 管板设计4 膨胀5 管束振动和防止管束振动和防止一、振动原因一、振动原因二、振动防止二、振动防止1021025 管束振动和防止一、振动原因二、振动防止1021.外激振力外激振力2.流体诱导振动流体诱导振动现象现象103103一、振动原因1.外激振力2.流体诱导振动现象a.纵向流体诱导二、振动防止二、振动防止1.改变流速改变流速2.改变管子固有频率改变管子固有频率3.增设消声板增设消声板4.抑制周期性旋涡抑制周期性旋涡5.设置防冲板或导流筒设置防冲板或导流筒104104二、振动防止1.改变流速2.改变管子固有频率3.增设消声板4