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621课件

1 1过程设备设计过程设备设计6.2 管壳式换热器管壳式换热器本章本章重点重点2 2管壳式换热器管壳式换热器3 3过程设备设计过程设备设计6.2.1 基本类型基本类型6.2.1 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4 4过程设备设计过程设备设计6.2.1 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5 5双管程固定管板换热器6 6过程设备设计过程设备设计6.2.1 基本类型基本类型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。7 7过程设备设计过程设备设计二、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6.2.1 基本类型基本类型8 8浮头式换热器浮头式换热器9 9过程设备设计过程设备设计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。6.2.1 基本类型基本类型1010过程设备设计过程设备设计三、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6.2.1 基本类型基本类型1111U U形管式换热器形管式换热器1212过程设备设计过程设备设计 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。6.2.1 基本类型基本类型1313过程设备设计过程设备设计四、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6.2.1 基本类型基本类型1414过程设备设计过程设备设计优点优点 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。6.2.1 基本类型基本类型1515过程设备设计过程设备设计五、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6.2.1 基本类型基本类型1616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）。特点特点过程设备设计过程设备设计6.2.1 基本类型基本类型1717过程设备设计过程设备设计6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管程管程管程管程壳程壳程壳程壳程管程管程管程管程1818过程设备设计过程设备设计6.2.2 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19196.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构过程设备设计过程设备设计6.2.2.1 管程结构管程结构6.2.2.2 壳程结构壳程结构一、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过程设备设计过程设备设计一、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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2121过程设备设计过程设备设计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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2222过程设备设计过程设备设计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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2323过程设备设计过程设备设计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P1.25d06.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2424过程设备设计过程设备设计表表6-1 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do1214192532384557换热管中心距换热管中心距16192532404857726.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2525过程设备设计过程设备设计6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2626过程设备设计过程设备设计二、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。6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2727过程设备设计过程设备设计1.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。6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2828过程设备设计过程设备设计2.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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构2929过程设备设计过程设备设计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标准标准8-20mm6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3030过程设备设计过程设备设计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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3131过程设备设计过程设备设计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12346.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3232过程设备设计过程设备设计三、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)6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3333过程设备设计过程设备设计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)6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3434换热器管箱3535过程设备设计过程设备设计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)6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3636过程设备设计过程设备设计特点特点检查、清洗不方便检查、清洗不方便很少使用很少使用（1）（2）(c)6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3737过程设备设计过程设备设计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)6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3838过程设备设计过程设备设计四、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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构3939过程设备设计过程设备设计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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构4040过程设备设计过程设备设计五、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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构414133 8300300K11130033 86K11133863003111300K贴胀贴胀过程设备设计过程设备设计结构结构用于用于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图图6-18 强度胀接管孔结构强度胀接管孔结构6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构300l4242过程设备设计过程设备设计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6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构4343过程设备设计过程设备设计液压胀接液压胀接 接头接头6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构4444过程设备设计过程设备设计6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构液压胀接液压胀接 4545过程设备设计过程设备设计6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构机械胀接机械胀接