化工机械设备基础-第十二章 管壳式换热器

第十二章第十二章 管壳式换热器管壳式换热器 在化工厂的建设中，换热器约占总投资的在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11。 在现代石油炼厂中在现代石油炼厂中,换热器约占全部工艺设备投资的换热器约占全部工艺设备投资的40左右，它的先进性、合理性和运转可靠性格直接影响产品左右，它的先进性、合理性和运转可靠性格直接影响产品的质量、数量和成本。的质量、数量和成本。换热器换热器热交换器热交换器加热器加热器冷却器冷却器蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器第一节第一节 概概 述述衡量衡量一台换热器好坏的标准一台换热器好坏的标准:传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构可靠，节省材传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构可靠，节省材料；成本低；制造、安装、检修方便。料；成本低；制造、安装、检修方便。板式换热器板式换热器传热效率高、金属消传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力大、强度和刚度耗量低，但流体阻力大、强度和刚度差，制造、维修困难。差，制造、维修困难。列管式换热器列管式换热器虽在传热效率、紧虽在传热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式凑性、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、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、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。高压和大型换热器的主要结构型式。板式换热器板式换热器 汽汽-水热交换器水热交换器 列管换热器列管换热器RV容积式换热器容积式换热器搪玻璃换热器搪玻璃换热器 一、一、 管壳式换热器的结构及主要零部件管壳式换热器的结构及主要零部件二、管壳式换热器的分类二、管壳式换热器的分类 1、固定管板式换热器、固定管板式换热器膨胀节膨胀节 适用于壳程介质适用于壳程介质清洁，不易结垢，清洁，不易结垢，管程需清洗，温差管程需清洗，温差不大或温差大但是不大或温差大但是壳程压力不高的场壳程压力不高的场合。合。2浮头式换热器浮头式换热器管束可以抽出，便于清洗。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。浮头处如发生但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。浮头处如发生泄漏时不便检查。管束与壳体间隙较大，影响传热。泄漏时不便检查。管束与壳体间隙较大，影响传热。适用于管、壳温差较大，以及介质易结垢的场合。适用于管、壳温差较大，以及介质易结垢的场合。 3、填函式换热器、填函式换热器 管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式低，检修、管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。清洗容易，填函处泄漏能及时发现。 但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发，易燃、易爆、有毒的介质。发，易燃、易爆、有毒的介质。4U形管式换热器形管式换热器 适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。壳体直径的决定和壳体壁厚的计算；壳体直径的决定和壳体壁厚的计算； 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：管板尺寸确定；管板尺寸确定； 管子拉脱力的计算；管子拉脱力的计算；折流板的选择与计算；折流板的选择与计算； 温差应力计算。温差应力计算。此外还应考虑接管、接管法兰选择及开孔补强等。此外还应考虑接管、接管法兰选择及开孔补强等。三、管壳式换热器机械设计内容三、管壳式换热器机械设计内容 第二节第二节 管子的选用及其与管板的连接管子的选用及其与管板的连接一、管子的选用一、管子的选用无缝钢管无缝钢管光管光管二、管子与管板的连结二、管子与管板的连结1胀接胀接利用利用胀管器胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端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，当取去胀管发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，当取去胀管器后，管板孔弹性收缩，管板与管子间就产生一定的挤器后，管板孔弹性收缩，管板与管子间就产生一定的挤紧压力，紧密地贴在一起，达到密封紧固连接的目的。紧压力，紧密地贴在一起，达到密封紧固连接的目的。波纹管2焊接焊接3胀焊结合胀焊结合目前较广泛采用的方法目前较广泛采用的方法消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命全焊接板壳式换热器全焊接板壳式换热器第三节第三节 管板结构管板结构1、换热管排列形式、换热管排列形式二、管间距二、管间距最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于换热管外径最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于换热管外径的一半的一半)+l0mm。三、管板受力及其设计方法简介三、管板受力及其设计方法简介 管束对管板的支承作用管束对管板的支承作用管板与许多换热管刚性地固定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，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。列管就起着弹性基础的作用。我国钢制管壳式换热器设计规定我国钢制管壳式换热器设计规定四、管程的分程及管板与隔板的连接四、管程的分程及管板与隔板的连接七种七种五、管板与壳体的连接结构五、管板与壳体的连接结构可拆式和不可拆式可拆式和不可拆式1、当管板兼作法兰时、当管板兼作法兰时2、管板不兼作法兰时、管板不兼作法兰时2、浮头式、浮头式、U形管式及填函式换热器固定端管板与壳体的连形管式及填函式换热器固定端管板与壳体的连接接可拆式可拆式第四节第四节 折流板、支承扳、旁路挡板及拦液板折流板、支承扳、旁路挡板及拦液板的作用与结构的作用与结构 一、折流板及支承板一、折流板及支承板横向横向纵向纵向弓形弓形圆盘圆盘-圆环形圆环形带扇形切口带扇形切口二、旁路挡板二、旁路挡板三、拦液板三、拦液板在立式冷凝器中，为减薄管壁上的液膜而提高传热膜系数在立式冷凝器中，为减薄管壁上的液膜而提高传热膜系数第五节第五节 温差应力温差应力一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力二、管子拉脱力的计算二、管子拉脱力的计算在操作压力作用下：在操作压力作用下：在温差应力作用下：在温差应力作用下：管子拉脱力管子拉脱力q =qpqtqU型管换热器型管换热器三、温差应力的补偿三、温差应力的补偿1减少壳体与管束间的温度差减少壳体与管束间的温度差2装设挠性构件装设挠性构件3双套管温度补偿双套管温度补偿钛材换热器钛材换热器降膜降膜板式蒸发器板式蒸发器 四、膨胀节膨胀节的结构及设置四、膨胀节膨胀节的结构及设置板式翅片水冷式油冷却器板式翅片水冷式油冷却器 本章习题本章习题螺旋板式换热器螺旋板式换热器