过程装备制造与检测——第八篇典型压力容器课件

第篇 过程装备制造工艺 8 典型压力容器 主要内容主要内容:8.1 8.1 管壳式压力容器管壳式压力容器 8.2 8.2 高压容器的制造高压容器的制造第篇 过程装备制造工艺 主要内容:18.1管壳式换热器管壳式换热器换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。是是许许多多工工业业部部门门广广泛泛应应用用的的通通用用工工艺艺设设备备。通通常常，在在化化工工厂厂的的建建设设中中，换换热热器器约约占占总总投投资资的的1 10 0 4040 。为为什什么么呢呢？换换热热器器台台数数占占工工艺艺设设备备总总台台数数的的25-70%25-70%；质质量量占占工工艺艺设设备备总总质质量量的的25-50%25-50%；检检修修工工作量占总检修量的作量占总检修量的60-70%60-70%。应用广泛应用广泛适用于多种目的：适用于多种目的：热交换，加热，冷却，冷凝，蒸发热交换，加热，冷却，冷凝，蒸发8.1管壳式换热器一、换热器的概述 换热器是用来完成各种不同23.3.可靠性可靠性满满足足操操作作条条件件 ,强强度度足足够够,保保证证使使用用寿寿命命2.2.合理性合理性 1.1.先进性先进性 可制造加工，成本可接受可制造加工，成本可接受 传热效率高，流体阻力小，材料省传热效率高，流体阻力小，材料省 传热效率，流体阻力，强度，结构可靠度，耗材量，成本，制造，安装，检修3.可靠性满足操作条件,强度足够,保证使用寿命二、衡量标准3管壳式换热器的结构：管壳式换热器的结构：4冷却器（冷却器（coolercooler）冷凝器（冷凝器（condensercondenser）蒸发器（发生相变）（蒸发器（发生相变）（evaporatorevaporator）加加 热热 器器（一一 般般 不不 发发 生生 相相 变变）（heaterheater）再沸器（再沸器（reboilerreboiler）废热锅炉（废热锅炉（waste heat boilerwaste heat boiler）三、不同目的的换热器 冷却器（cooler）冷凝器（cond5按传热方式或工作原理分类按传热方式或工作原理分类1 1、直接接触式、直接接触式传热效果好，但不能传热效果好，但不能用于发生反应或有影用于发生反应或有影响的流体之间响的流体之间图图7-1 7-1 直接接触式换热器直接接触式换热器热流体热流体冷流体冷流体热流体热流体冷流体冷流体四、换热器的基本类型四、换热器的基本类型按传热方式或工作原理分类1、直接接触式传热效果好，但不能用于6过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件72 2、蓄热式、蓄热式温度较高的场合，温度较高的场合，但有交叉污染，但有交叉污染，温度波动大温度波动大图图7-27-2蓄热式换热器蓄热式换热器冷冷流流体体冷冷流流体体热热流流体体热热流流体体2、蓄热式温度较高的场合，但有交叉污染，温度波动大图7-2蓄8过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件93 3、间壁式、间壁式重点重点又称表面式换热器又称表面式换热器利用间壁（固体壁面）进行热交利用间壁（固体壁面）进行热交换。冷热两种流体隔开，互不接换。冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。给冷流体。应用最为广泛，形式多种多样，应用最为广泛，形式多种多样，如管壳式换热器、板式换热器等如管壳式换热器、板式换热器等3、间壁式重点又称表面式换热器应用最为广泛，形式多种多样10对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为(3)(3)管壳式管壳式(1)(1)管式管式(2)(2)紧凑式紧凑式螺旋板式、板式、板螺旋板式、板式、板翅、伞板等翅、伞板等排管、蛇管、套管排管、蛇管、套管重点重点对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为(3)管壳式(1)管式11特点：1、传热效率高 2、结构紧凑、质量轻，对于铝制板翅式换热器而言，单位体积的传热面积为15002500m2/m3，相当于管壳式换热器的820倍，重量仅为相同换热面积的管壳式换热器的1/10。3、适应范围广，4、制造工艺复杂，要求严格。5、容易堵塞，清洗和检修较困难，若因腐蚀产生内漏，则很难修理。特点：1、传热效率高 2、结构紧凑、质量轻，对于铝制板翅式换12优点：结构简单，造价低，操作管理方便，蛇管内可承受高压，还可用在传热面积不大的反应釜内作换热构件。缺点：通常容器内的流体流速很低，故管外给热系数小，加之容器内各处温度大致接近，因而平均温差不大，所以换热效果差，设备笨重，不适于作为需要换热面积很大的换热设备。优点：结构简单，造价低，操作管理方便，蛇管内可承受高压，还可13套管式换热器是将传热管（内管）以同心圆状插入外管中，它的传热面积是由成组排列的管子所组成，从上到下、从左至右由许多U形弯头连接在一起，然后采用角钢或槽钢焊成支架，组装而成。套管式换热器一般适用于传热面积较小的场合，它比同样传热面积的管壳式换热器所需的空间容积要大，但其结构简单，制造方便等优点而广泛的用作冷却装置。套管式换热器是将传热管（内管）以同心圆状插入外管中，它的传热14过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件15过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件16过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件17图图7-37-3换热器构件名称换热器构件名称1-1-管箱管箱(A,B,C,D(A,B,C,D型型);2-);2-接管法兰接管法兰;3-;3-设备法兰设备法兰;4-;4-管板管板;5-;5-壳程接管壳程接管;6-;6-拉杆拉杆;7-;7-膨膨胀节胀节;8-;8-壳体壳体;9-;9-换热管换热管;10-;10-排气管排气管;11-;11-吊耳吊耳;12-;12-封头封头;13-;13-顶丝顶丝;14-;14-双头螺柱双头螺柱;15-;15-螺母螺母;16-;16-垫片垫片;17-;17-防冲板防冲板;18-;18-折流板或支承板折流板或支承板;19-;19-定距管定距管;20-;20-拉杆螺母拉杆螺母;21-;21-支座支座;22-;22-排液管排液管;23-;23-管箱壳体管箱壳体;24-;24-管程接管管程接管;25-;25-分程隔板分程隔板;26-;26-管箱盖管箱盖根据我们前面学习的内容，请同学们说说序号根据我们前面学习的内容，请同学们说说序号2 2、3 3、8 8、1212、2121各代表什么零件？各代表什么零件？图7-3换热器构件名称1-管箱(A,B,C,D型);2-接18过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件19过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件20列管式换热器的工作原理：列管式换热器的工作原理：列管式换热器列管式换热器列管式换热器的工作原理：列管式换热器21 管箱的作用管箱的作用管箱的作用管箱的作用:将进入管程的流体均匀分布到各换热管，把管内将进入管程的流体均匀分布到各换热管，把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还可通流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还可通过过设置隔板设置隔板起起分隔分隔作用。作用。管箱管箱 管箱五、主要零部件、分类及代号 22(a)(a)适用于较清洁介质工况。检查换热管内及清洗换热管时，必适用于较清洁介质工况。检查换热管内及清洗换热管时，必须将须将连接管连接管道一起拆下，很不方便。道一起拆下，很不方便。(b)(b)在清洗换热管内时，在清洗换热管内时，仅将平盖拆下仅将平盖拆下，不及拆除连接管道，易，不及拆除连接管道，易清洗和检查。目前设计中采用较多。缺点是清洗和检查。目前设计中采用较多。缺点是用材较多用材较多。(a)适用于较清洁介质工况。检查换热管内及清洗换热管时，必须23(c)(c)将将管箱与盖板管箱与盖板焊成一体。可避免在管板密封处的泄漏，焊成一体。可避免在管板密封处的泄漏，但但管箱不能单独拆下管箱不能单独拆下，检修清洗不方便，很少采用。，检修清洗不方便，很少采用。(d)(d)多程隔板安置的一种形式。其接管安装形有多种。如图。多程隔板安置的一种形式。其接管安装形有多种。如图。(c)将管箱与盖板焊成一体。可避免在管板密封处的泄漏，但管箱24过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件25过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件26 换热器的型号换热器的型号 DN -A-或或 管束的级别管束的级别 管程管程/壳程数，单壳程时只写壳程数，单壳程时只写NtNt 公称长度公称长度/换热管外径，换热管外径，m m 公称换热面积公称换热面积 管程管程/壳程设计压力，壳程设计压力，MPaMPa；压力相等时只写；压力相等时只写ptpt 公称直径，公称直径，mmmm；分别表示前端管箱、壳体、后端结构形式分别表示前端管箱、壳体、后端结构形式 换热器的型号 27例例u浮头式换热器浮头式换热器平盖管箱，公称直径500500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54，较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程单壳程的浮头式换热器，其型号为：AES500-1.6-54-6/25-4例28u固定管板式换热器固定管板式换热器封头管箱，公称直径700mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积200，较高级冷拔换热管外径25mm,管长9m，4管程单壳程的固定管板式换热器，其型号为：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4固定管板式换热器29uU U型管式换热器型管式换热器封头管箱，公称直径500mm，管程设计压力4.0MPa，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积75，较高级冷拔换热管外径19mm,管长6m，2管程单壳程的U型管式换热器，其型号为：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2U型管式换热器30u釜式重沸器釜式重沸器平盖管箱，管箱内直径600mm，圆筒内直径1200mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.0MPa，公称换热面积90，普通级冷拔换热管外径25mm,管长6m，2管程釜式重沸器，其型号为：AKT-600/1200-2.5/1.0-90-6/25-2釜式重沸器31u浮头式冷凝器浮头式冷凝器封头管箱，公称直径1200mm，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.0MPa，公称换热面积610，普通级冷拔换热管外径25mm,管长9m，4管程单壳程的浮头式冷凝器，其型号为：BJS1200-2.5/1.0-610-9/25-4浮头式冷凝器32固定管板式换热器固定管板式换热器浮头式换热器浮头式换热器U形管式换热器形管式换热器填料函式换热器填料函式换热器基本类型基本类型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五、33（一（一）固定管板式换热器固定管板式换热器优点：优点：结构结构简单、紧凑、简单、紧凑、能承受较高能承受较高的压力，造的压力，造价低，管程价低，管程清洗方便，清洗方便，管子损坏时管子损坏时易于堵管或易于堵管或更换。更换。缺点：缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。的热应力。图图7-47-4固定管板式换热器固定管板式换热器（一）固定管板式换热器优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力34为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性为减少热应力，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。元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。图图7-57-5带膨胀节的固定管板式换热器带膨胀节的固定管板式换热器适适用用场场合合：适适用用于于壳壳程程介介质质清清洁洁，不不易易结结垢垢，管管程程需需清清洗洗以以及及温温差差不不大大或或温温差差虽虽大大但但是是壳壳程程压压力力不不大大的的场场合。合。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35折流板：折流板：提高壳程流体的流速和湍动程度。隔板：隔板：增加管程数，提高管内流体流速。流速增加，传热效率提高；但流动的阻力也同时增加。折流板：提高壳程流体的流速和湍动程度。隔板：增加管程数，提高36膨胀节的作用：膨胀节的作用：膨胀节的作用：膨胀节的作用：由于两块管板都与壳体固定，当由于两块管板都与壳体固定，当壳体、换热管受热、受压都会发生变形，加入膨壳体、换热管受热、受压都会发生变形，加入膨胀节减少热应力来吸收热膨胀差。胀节减少热应力来吸收热膨胀差。当壳体和管子之间的温差较大当壳体和管子之间的温差较大(6070)(6070)且壳体且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。膨胀节的作用：由于两块管板都与壳体固定，当壳体、换热管受热、37过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件38过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件39特特点点1.一个大管板，一个小管板，小管板在壳体内滑动无温差应力；2.管束可以抽出，清洗；3.结构复杂，浮头内漏不便检查；4.管束与壳体间隙较大影响传热。.（二）浮头式换热器（二）浮头式换热器特点1.一个大管板，一个小管板，小管板在壳体内滑动（二）浮头40（二）浮头式换热器（二）浮头式换热器优点：优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应管内和管间清洗方便，不会产生热应力。力。缺点：缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在操作中无法检查。小盖在操作中无法检查。适用场合：适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合。结垢的场合。图图7-67-6浮头式换热器浮头式换热器（二）浮头式换热器优点：管内和管间清洗方便，不会产生41过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件42特点：特点：1.一端可自由伸缩 不产生热应力；2.管束可以抽出，管内外均易清洗；3.填料将壳程介质与外界隔开，易外漏，介质受限制；（三）（三）U U形管式换热器形管式换热器特点：（三）U形管式换热器43U U形管式换热器形管式换热器图图7-87-8U U型管式换热器型管式换热器优点：优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。热应力。缺点：缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。适适用用场场合合：特特别别适适用用于于管管内内走走清清洁洁而而不不易易结结垢垢的的高高温温、高压、腐蚀性大的物料。、高压、腐蚀性大的物料。U形管式换热器图7-8U型管式换热器优点：结构简单，价格便44U形管式换热器形管式换热器U形管式换热器45过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件461.只有一个管板，结构简单；2.管子可以抽出，管间易清洗；3.管子可以自由膨胀；4.管内不便清洗，不易更换；5.结构不紧凑。（四）填料函式换热器（四）填料函式换热器填料函式换填料函式换热器热器11纵向隔板；纵向隔板；22浮动管板；浮动管板；33活套法兰；活套法兰；44部分剪切环；部分剪切环；55填料压盖；填料压盖；66填料；填料；77填料函填料函特点：1.只有一个管板，结构简单；（四）填料函式换热器填料函47填料函式换热器填料函式换热器优点：优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。间清洗方便。缺点：缺点：填料处易泄漏。填料处易泄漏。适适用用场场合合：4MPa 4MPa 以以下下，且且不不适适用用于于易易挥挥发发、易易燃燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。填料函式密封填料函式密封图图7-97-9填料函式换热器填料函式换热器填料函式换热器优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管48过程装备制造与检测第八篇典型压力容器课件49列管式列管式换热器器种种类优 点点缺缺 点点固定管板式固定管板式结构构较简单，造造价价较低低，相相对其它列管式其它列管式换热器其管板最薄。器其管板最薄。管外清洗困管外清洗困难；管壳管壳间有温差有温差应力存在力存在；当两种介当两种介质温差温差较大大时必必须设置膨置膨胀节。浮浮头式式一一端端管管板板固固定定，另另一一端端管管板板可可在在壳壳体体内内移移动；管管壳壳间不不产生生温温差差应力力；管管束束可可抽抽出出，便便于于清洗。清洗。结构构较复复杂，金属耗量金属耗量金属耗量金属耗量较较大大大大；浮浮头处发生内漏生内漏时不便不便检查；管管束束与与管管体体间隙隙较大大，影影响响传热。填料函式填料函式管管束束一一端端可可自自由由膨膨胀；造造价价比比浮浮头式式低低；检修修、清清洗洗容容易易；填函填函处泄漏能及泄漏能及时发现。壳程内壳程内介介质有外漏的可能有外漏的可能；壳程中不宜壳程中不宜处理易理易挥发、易燃、易燃、易爆、有毒的介易爆、有毒的介质。U U型管式型管式只只有有一一个个管管板板；管管程程至至少少为两两程；程；管管束束可可以以抽抽出出清清洗洗；管管子子可可自自由膨由膨胀。管内不便清洗管内不便清洗；管板上布管少，管板上布管少，结构不构不紧凑凑，管管外外介介质易易短短路路，影影响响传热效效果；果；内内层管子管子损坏后不易更坏后不易更换。列管式换热器优 点缺 点固定管板式结构较简单50（一（一）胀接胀接 利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。连接的目的。图图7-14 7-14 胀胀管管前前后后示示意图意图（a a）胀管前）胀管前（b b）胀管后）胀管后六、管子与管板的连接（一）胀接 利用胀管器挤压伸入管板孔中51胀管结束後：管板孔边缘弹性回复，管板孔边缘弹性回复，挤压管端并贴紧。挤压管端并贴紧。胀管过程发生：管子端部管子端部塑性变形；塑性变形；管板孔边缘管板孔边缘弹性变形弹性变形。胀管结束後：管板孔边缘弹性回复，挤压管端并贴紧。胀管52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：p4.0MPa,t350。注意：管端硬度管板硬度。为什麽？为什麽？如何实现？如何实现？优点：工艺简单方便；为什麽？如何实53 保证紧密性的方法保证紧密性的方法：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。保证紧密性的方法：54胀管率胀管率 就就是是管管子子、管管板板的的变变形形率率；就就要要控控制制合合理理的的胀管率，保证胀接质量。胀管率，保证胀接质量。胀管率的计算胀管率的计算 推荐两种计算方法：推荐两种计算方法：管子内径增大率管子内径增大率K K；管子壁厚减薄率管子壁厚减薄率W W。胀管率55计算胀管率需要测量的数据计算胀管率需要测量的数据测量测量管板孔径管板孔径D D测量胀接前管测量胀接前管子外径子外径d dw w测量胀接前管测量胀接前管子内径子内径d d1 1测量胀接后的测量胀接后的管子内径管子内径 d d2 2计算胀管率需要测量的数据测量管板孔径D测量胀接前管子外径dw56计算胀管率的公式计算胀管率的公式管子内径增大率管子内径增大率 K=(dK=(d2 2d dl l)(D(Dd dw w)D 100%D 100%管子壁厚管子壁厚减薄率减薄率 W=(dW=(d2 2d dl l)(D(Dd dw w)2 100%2 100%计算胀管率的公式管子内径增大率57胀管率的合理值胀管率的合理值 它与胀接接头的它与胀接接头的形式形式、管子的管子的规格规格及及材质材质、管板尺寸管板尺寸、材质材质等有关等有关，不宜做不宜做统一统一要求。要求。例如：例如：20钢，钢，252.5mm钢管胀接钢管胀接 取取内径增大率内径增大率 K=0.8%1.6%,相当于相当于壁厚减薄率壁厚减薄率W=4%8%。若管子直径大、管壁薄若管子直径大、管壁薄，胀管率，胀管率取小值取小值;管子直径小管子直径小,管壁厚，管壁厚，胀管率胀管率取大值。取大值。胀管率的合理值58过胀过胀 a a 胀管率过大胀管率过大,它可能使管子壁厚减薄量过大，它可能使管子壁厚减薄量过大，硬化现象严重，甚至产生裂纹；硬化现象严重，甚至产生裂纹；b b 还可能使还可能使管板管板产生塑性变形，使产生塑性变形，使胀接胀接强度下强度下降。降。c c 过胀后很难修复。过胀后很难修复。欠胀欠胀 胀管率过小胀管率过小,不能保证必要的连接强度和密封性。不能保证必要的连接强度和密封性。过胀注意:欠胀59 液压液压胀管器胀管器 液压60液压胀接液压胀接 液压胀接 61机械胀接机械胀接 机械胀接 62适适用用范范围围：换换热热管管为为碳碳素素钢钢，管管板板为为碳碳素素钢钢或或低低合合金金钢钢，设设计计压压力力44MPaMPa，设设计计温温度度300300，且且无特殊要求的场合。无特殊要求的场合。原原因因：温温度度升升高高，残残余余应应力力减减小小，使使管管子子与与管管板板间间的的胀胀接接密密封封性性能能、紧紧固固性性能能都都下下降降，故故设设计计温温度度300 300。要要求求管管板板硬硬度度大大于于管管子子硬硬度度，否否则则将将管管端端退退火火后再胀接。后再胀接。胀胀接接时时管管板板上上的的孔孔可可以以是是光光孔孔，也也可可开开槽槽(开开槽槽可以增加连接强度和紧密性可以增加连接强度和紧密性)。适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力63（二（二）焊接焊接 优优点点：在在高高温温高高压压条条件件下下，焊焊接接连连接接能能保保持持连连接接的的紧紧密密性性，管管板板加加工工要要求求可可降降低低，节节省省孔孔的的加加工工工工时时，工工艺艺较较胀胀接接简简单单，压压力力较较低低时时可可使使用较薄的管板。用较薄的管板。缺点：缺点：在焊接接头处产生的在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存在间隙，易出现间管板间存在间隙，易出现间隙腐蚀。隙腐蚀。图图7-16 7-16 焊焊接接间间隙隙示示意图意图管板管板间隙间隙换热管换热管（二）焊接 优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密64强度低强度低强度高强度高减小焊接减小焊接应力应力强度低强度高减小焊接应力焊接形式：65（三（三）胀焊并用胀焊并用胀焊并用连接主要有：胀焊并用连接主要有：强度焊贴胀强度焊贴胀先焊后胀先焊后胀强度胀密封焊强度胀密封焊先胀后焊先胀后焊概念解释：密封焊概念解释：密封焊不保证强度，只防漏；不保证强度，只防漏；强度焊强度焊既防漏，又保证抗拉脱强度；既防漏，又保证抗拉脱强度；贴胀贴胀只消除间隙，不承担拉脱力；只消除间隙，不承担拉脱力；强度胀强度胀既消除间隙，又满足胀接强度。既消除间隙，又满足胀接强度。目前，先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。目前，先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。（三）胀焊并用胀焊并用连接主要有：66胀焊并用胀焊并用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。胀焊并用克服了单纯的焊接及胀接的缺点，主要优点是：67当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时，为了增就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。依次流过各程管子。（一（一）分程原因分程原因 七、管程的分程及管板与隔板的连接 当换热器所需的换热面积较大68（二（二）分程原则分程原则 （三（三）分程隔板分程隔板 图图7-21 7-21 双层隔板与管板的密封双层隔板与管板的密封 各程换热管数应大致相等；各程换热管数应大致相等；相邻程间平均壁温差一般不应超过相邻程间平均壁温差一般不应超过2828；各程间的密封长度应最短；各程间的密封长度应最短；分程隔板的形状应简单。分程隔板的形状应简单。图图7-22 7-22 单层隔板与管板的密封单层隔板与管板的密封隔板隔板管板管板封头封头隔板隔板管板管板（二）分程原则（三）分程隔板 图7-21 双层隔板与69（四（四）分程方式分程方式 表表7 72 2管程布置管程布置表表（四）分程方式 表72管程布置表70（一（一）工艺计算工艺计算 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、管程数和壳传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳程数程数 。（二（二）机械设计机械设计 1 1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；2 2）换热器封头选择，压力容器法兰选择；）换热器封头选择，压力容器法兰选择；3 3）管板尺寸确定；）管板尺寸确定；4 4）折流板的选择与计算；）折流板的选择与计算；5 5）管子拉脱力的计算；）管子拉脱力的计算；6 6）温差应力计算。）温差应力计算。（一）工艺计算 八、管壳式换热器设计内容 选型；确定管、壳程711.壳体直径及壁厚；2.封头法兰、管件及补强；3.管板结构及强度；4.细部连接结构；5.附件结构；6.管子拉脱力验算；7.壳体热应力校核；8.支座设计。管壳式换热器机械设计内容总结管壳式换热器机械设计内容总结1.壳体直径及壁厚；2.封头法兰、管件及补强；管壳式换热72说出换热器类型说出换热器类型固定管板式换热器固定管板式换热器浮头式换热器浮头式换热器U U形管式换热器形管式换热器填料函式换热器填料函式换热器说出换热器类型固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器填料738.2高压容器的制造高压容器的制造8.2高压容器的制造74高压容器的结构特点高压容器的结构特点(长径比可达长径比可达28)28)(多种自紧式密封多种自紧式密封)1、结构细长 2、采用平盖或球形封头 3、密封结构特殊多样 75高压容器的结构型式高压容器的结构型式筒体结构筒体结构单层式单层式组合式组合式整体锻造式整体锻造式锻焊式锻焊式卷焊式卷焊式单层瓦片式单层瓦片式无缝钢管式无缝钢管式层板包扎式层板包扎式热套式热套式绕板式绕板式等等等等高压容器的结构型式筒体结构单层式组合式整体锻造式层板包扎式76单层容器和多层容器制造工艺比较单层容器和多层容器制造工艺比较单层容器和多层容器制造工艺比较单层容器和多层容器制造工艺比较单层容器制造工艺过程简单、生产效率较高。单层容器制造工艺过程简单、生产效率较高。多层容器工艺过程较复杂多层容器工艺过程较复杂,工序较多工序较多,生产周期长。生产周期长。单层容器使用钢板相对较厚单层容器使用钢板相对较厚,而厚钢板的轧制比较困而厚钢板的轧制比较困难难,抗脆裂性能比薄板差抗脆裂性能比薄板差,质量不易保证质量不易保证,价格昂贵。价格昂贵。多层容器所用钢板相对较薄多层容器所用钢板相对较薄,质量均匀易保证质量均匀易保证,抗脆裂抗脆裂性好。性好。单层容器和多层容器制造工艺比较77多层容器的多层容器的安全性高安全性高 即使个别层板存在缺陷即使个别层板存在缺陷,也不容易延展至也不容易延展至其他层板，不会产生瞬时的脆性破坏其他层板，不会产生瞬时的脆性破坏,。另外另外,多层容器钻有多层容器钻有透气孔透气孔,可以排出层间可以排出层间气体气体,若若内筒发生腐蚀破坏内筒发生腐蚀破坏,介质由透气孔介质由透气孔泄出泄出易于发现易于发现。多层容器的安全性高78由于由于层间间隙层间间隙,导热性导热性小得多小得多,高温工作高温工作时热应力大。时热应力大。层板间隙层板间隙的存在的存在,环焊缝环焊缝处必然存在缺处必然存在缺口的应力集中口的应力集中没有深的纵焊缝没有深的纵焊缝,但它的但它的深环焊缝深环焊缝难于进行难于进行热处理。热处理。由于层间间隙,导热性小得多,高温工作时热应力大。层板间79 为提高厚壁筒的承载能力为提高厚壁筒的承载能力,在内壁面产生预压在内壁面产生预压缩应力缩应力,达到均化应力沿壁厚分布的目的。达到均化应力沿壁厚分布的目的。多层也采用内层预紧，改善受力。多层也采用内层预紧，改善受力。单层厚壁容器在内压作用下单层厚壁容器在内压作用下,筒体沿壁厚方筒体沿壁厚方向的应力分布很不均匀向的应力分布很不均匀,筒体筒体内壁面应力大内壁面应力大、外壁面应力小外壁面应力小,随着简体外直径和内直径之比随着简体外直径和内直径之比的增大的增大,这种不均匀性更为突出。这种不均匀性更为突出。为提高厚壁筒的承载能力,在内壁面产生预压缩应力,达到802 2、组合式厚壁容器（即多层式）、组合式厚壁容器（即多层式）2、组合式厚壁容器（即多层式）812 2、制造：、制造：用装置将层板逐层、同心用装置将层板逐层、同心 地包扎在内筒上；地包扎在内筒上；借纵焊缝的焊接收缩力使借纵焊缝的焊接收缩力使 层板和内筒、层板与层板层板和内筒、层板与层板 之间互相贴紧，产生一定之间互相贴紧，产生一定 的预紧力；的预紧力；筒节上均开有安全孔筒节上均开有安全孔 报警。报警。筒体筒体深环焊缝深环焊缝筒节筒节内层内层12122525mmmm外层外层441212mmmm为避免裂纹沿壁厚为避免裂纹沿壁厚方向扩展，各层板方向扩展，各层板之间的纵焊缝应相之间的纵焊缝应相互错开互错开7575。筒节的长度视钢板的筒节的长度视钢板的宽度而定，层数则随宽度而定，层数则随所需的厚度而定。所需的厚度而定。（1 1）多层包扎式）多层包扎式1 1、结构：、结构：2、制造：筒体深环焊缝筒节内层1225mm外层482多层包扎筒节多层包扎筒节多层包扎筒节83多层包扎筒节多层包扎筒节多层包扎筒节843 3、优点：、优点：制造工艺简单，不需大型复杂加工设备；制造工艺简单，不需大型复杂加工设备；安全可靠性高，层板间隙具有阻止缺陷和裂安全可靠性高，层板间隙具有阻止缺陷和裂纹向厚度方向扩展的能力；纹向厚度方向扩展的能力；减少了脆性破坏的可能性；减少了脆性破坏的可能性；包扎预应力改善筒体的应力分布；包扎预应力改善筒体的应力分布；对介质适应性强，可选择合适的内筒材对介质适应性强，可选择合适的内筒材料。料。3、优点：854 4、缺点：、缺点：筒体制造工序多、周期长、效率低、钢材筒体制造工序多、周期长、效率低、钢材利用率低（仅利用率低（仅60%60%左右）；左右）；深环焊缝对制造质量和安全有显著影响。深环焊缝对制造质量和安全有显著影响。无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无损检测困难，环焊缝的两侧均有层板，无法用超声检测，只能射线检测；无法用超声检测，只能射线检测；焊缝部位存在很大的焊接残余应力，且焊缝部位存在很大的焊接残余应力，且焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降；焊缝晶粒易变得粗大而韧性下降；环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复环焊缝的坡口切削工作量大，且焊接复杂。杂。4、缺点：865 5、应用情况：、应用情况：目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富目前世界上使用最广泛、制造和使用经验最为丰富的组合式筒体结构。的组合式筒体结构。5、应用情况：871 1、结构，制造：、结构，制造：内筒（厚度内筒（厚度 30 30mmmm）卷焊成直径不同但可）卷焊成直径不同但可过盈过盈配合配合的筒节，将外层筒节加热到计算的温度进行的筒节，将外层筒节加热到计算的温度进行套合，冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节。套合，冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节。热套筒节热套筒节（2 2）热套式）热套式1、结构，制造：热套筒节（2）热套式882 2、优点：、优点：工序少，周期短，且具有包扎式筒体的大多数工序少，周期短，且具有包扎式筒体的大多数优点。优点。3 3、缺点：、缺点：筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求很高，且套合时需选配套合；很高，且套合时需选配套合；套合时贴紧程度不很均匀；套合时贴紧程度不很均匀；套合后，需热处理以除套合预应力及深环焊套合后，需热处理以除套合预应力及深环焊缝的焊接残余应力。缝的焊接残余应力。2、优点：3、缺点：89（3 3）绕板式）绕板式1 1、结构：、结构：由内筒、绕板层和外筒三部分组成，是在多层包由内筒、绕板层和外筒三部分组成，是在多层包扎式筒体的基础上发展起来的。扎式筒体的基础上发展起来的。2 2、制造：、制造：内筒与多层包扎式内筒相同，外层是在内筒外面内筒与多层包扎式内筒相同，外层是在内筒外面连续缠绕若干层连续缠绕若干层3 35 5mmmm厚的薄钢板而构成筒节，厚的薄钢板而构成筒节，只有内外两道纵焊缝，需要只有内外两道纵焊缝，需要2 2个楔形过渡段，外个楔形过渡段，外筒为保护层，由两块半圆或三块筒为保护层，由两块半圆或三块“瓦片瓦片”制成。制成。（3）绕板式1、结构：903 3、优点：机械化程度高，制造效率高，材料利用优点：机械化程度高，制造效率高，材料利用率高（可达率高（可达90%90%以上）。以上）。4 4、缺点：、缺点：中间厚两边薄，累积间隙。中间厚两边薄，累积间隙。绕板式绕板式3、优点：机械化程度高，制造效率高，材料利用率高（可达90%91（4 4）整体多层包扎式）整体多层包扎式1 1、结构、结构：错开环缝和采用液压夹钳逐层包扎的圆筒结构。错开环缝和采用液压夹钳逐层包扎的圆筒结构。2 2、制造、制造：将内筒拼接到所需的长度，两端焊上法兰或封将内筒拼接到所需的长度，两端焊上法兰或封头；头；在整个长度上逐层包扎层板，待全长度上包扎在整个长度上逐层包扎层板，待全长度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二层，直至所需厚度。好并焊完磨平后再包扎第二层，直至所需厚度。（4）整体多层包扎式1、结构：923 3、优点、优点：环、纵焊缝错开，筒体与封头或法兰间的环焊缝环、纵焊缝错开，筒体与封头或法兰间的环焊缝为一定角度的斜面焊缝，承载面积增大。为一定角度的斜面焊缝，承载面积增大。内筒内筒包扎层板包扎层板端部法兰端部法兰底封头底封头整体多层包扎式厚壁容器筒体整体多层包扎式厚壁容器筒体 3、优点：内筒包扎层板端部法兰底封头整体多层包扎式厚壁容器筒93（5 5）绕带式）绕带式以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度筒壁以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度筒壁两种结构两种结构型槽绕带式型槽绕带式扁平钢带倾角错绕式扁平钢带倾角错绕式（5）绕带式以钢带缠绕在内筒外面获得所需厚度筒壁两种结构型槽94(1)(1)型槽绕带式型槽绕带式 (2)(2)用特制的型槽钢带螺旋缠绕在特制的内筒上，端用特制的型槽钢带螺旋缠绕在特制的内筒上，端(3)(3)面形状见图面形状见图4-44-4（a a），内筒外表面上预先加工有），内筒外表面上预先加工有(4)(4)与钢带相啮合的螺旋状凹槽。与钢带相啮合的螺旋状凹槽。缠绕时，钢带先经电加热，再进行螺旋缠绕，绕缠绕时，钢带先经电加热，再进行螺旋缠绕，绕制后依次用空气和水进行冷却，使其收缩产生预制后依次用空气和水进行冷却，使其收缩产生预紧力，可保证每层钢带贴紧；各层钢带之间靠凹紧力，可保证每层钢带贴紧；各层钢带之间靠凹槽和凸肩相互啮合，缠绕层能承受一部分由内压槽和凸肩相互啮合，缠绕层能承受一部分由内压引起的轴向力。引起的轴向力。型槽绕带式 缠绕时，钢带先经电加热，再进行螺旋缠绕，绕95（a a）型槽绕带式筒体）型槽绕带式筒体 （b b）型槽钢带结构示意图）型槽钢带结构示意图缩套环缩套环双锥面垫片双锥面垫片焊缝焊缝（a a）（b b）（5 5）绕带式）绕带式（a）型槽绕带式筒体（b）型槽钢带结构示意图缩套环双锥面垫96过 程 设 备 设 计过 程 设 备 设 计97优点：优点：筒体具有较高的安全性，机械化程度高，材料损筒体具有较高的安全性，机械化程度高，材料损耗少，且由于存在预紧力，在内压作用下，筒壁耗少，且由于存在预紧力，在内压作用下，筒壁应力分布较均匀。应力分布较均匀。缺点：缺点：钢带需由钢厂专门轧制，尺寸公差要求严，技钢带需由钢厂专门轧制，尺寸公差要求严，技术要求高；为保证邻层钢带能相互啮合，需采术要求高；为保证邻层钢带能相互啮合，需采用精度较高的专用缠绕机床。用精度较高的专用缠绕机床。优点：缺点：98（2 2）扁平钢带倾角错绕式）扁平钢带倾角错绕式 中国首创的一种新型绕带式筒体；该中国首创的一种新型绕带式筒体；该结构已被列入结构已被列入ASME-1ASME-1和和ASME-2ASME-2标准的规范案标准的规范案例，编号分别为例，编号分别为 2229 2229和和22692269。内筒内筒钢带层钢带层底封头底封头端部法兰端部法兰（c c）扁平钢带倾角错绕式筒体扁平钢带倾角错绕式筒体（2）扁平钢带倾角错绕式内筒钢带层底封头端部法兰（c）扁平99与其它类型厚壁筒体相比，扁平钢带倾与其它类型厚壁筒体相比，扁平钢带倾角错绕式筒体结构具有设计灵活、制造角错绕式筒体结构具有设计灵活、制造方便、可靠性高、在线安全监控容易等方便、可靠性高、在线安全监控容易等优点。优点。结构：结构：内筒厚度约占总壁厚的内筒厚度约占总壁厚的1/61/61/41/4，采用采用“预应力冷绕预应力冷绕”和和“压棍预弯贴压棍预弯贴紧紧”技术，环向技术，环向15153030倾角在薄倾角在薄内筒外交错缠绕扁平钢带。内筒外交错缠绕扁平钢带。钢带宽约钢带宽约8080-160160mmmm、厚约、厚约4 4-1616mmmm，其始，其始末两端分别与底封头和端部法兰相焊接。末两端分别与底封头和端部法兰相焊接。优点：优点：与其它类型厚壁筒体相比，扁平钢带倾角错绕式筒体结构具有设计灵100