管殼式換熱設(shè)備講義PPT課件

1、1混合式換熱器混合式換熱器第1頁/共47頁2蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器第2頁/共47頁3間壁式換熱器間壁式換熱器第3頁/共47頁4間壁式換熱器間壁式換熱器第4頁/共47頁516.2 管殼式換熱器的形式管殼式換熱器的形式剛性結(jié)構(gòu)：固定管板式剛性結(jié)構(gòu)：固定管板式有溫差補(bǔ)償裝置：有溫差補(bǔ)償裝置：浮頭式浮頭式填料函式填料函式U型管式型管式管殼式（列管式）換熱器中冷、熱介質(zhì)分別管殼式（列管式）換熱器中冷、熱介質(zhì)分別走走管程或殼程管程或殼程，傳熱面是，傳熱面是管壁管壁。管殼式換熱。管殼式換熱器是目前應(yīng)用最廣泛的換熱器，已形成了標(biāo)器是目前應(yīng)用最廣泛的換熱器，已形成了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化產(chǎn)品。準(zhǔn)化、系列化產(chǎn)品。帶膨脹

2、節(jié)的固定管板式帶膨脹節(jié)的固定管板式第5頁/共47頁616. 2. 1 固定管板式換熱器固定管板式換熱器管板管板筒體筒體換熱管換熱管管箱管箱折流板折流板拉桿、定距管拉桿、定距管膨脹節(jié)膨脹節(jié)與有溫差補(bǔ)償裝置的相比，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，造價與有溫差補(bǔ)償裝置的相比，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，造價低，便于更換管子，管內(nèi)便于清洗；但管外不能進(jìn)低，便于更換管子，管內(nèi)便于清洗；但管外不能進(jìn)行機(jī)械清洗，行機(jī)械清洗，管殼間有溫差應(yīng)力。管殼間有溫差應(yīng)力。殼體上設(shè)置膨脹殼體上設(shè)置膨脹節(jié)可大大減小溫差應(yīng)力。節(jié)可大大減小溫差應(yīng)力。第6頁/共47頁716. 2. 2 U型管式換熱器型管式換熱器折流板折流板結(jié)構(gòu)簡單，造價低，管束能自由伸縮

3、，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，管束能自由伸縮，管殼間沒有管殼間沒有溫差應(yīng)力；溫差應(yīng)力；不能更換管子，管內(nèi)不便于清洗，管束不能更換管子，管內(nèi)不便于清洗，管束中心空隙大、排的管子少。適用于管、殼間溫差大，中心空隙大、排的管子少。適用于管、殼間溫差大，管內(nèi)介質(zhì)高溫、高壓、清潔的場合。（合成氨工段管內(nèi)介質(zhì)高溫、高壓、清潔的場合。（合成氨工段的廢熱鍋爐）的廢熱鍋爐）換熱管換熱管管板管板筒體筒體管箱管箱第7頁/共47頁816. 2. 3 浮頭式換熱器浮頭式換熱器管束能自由伸縮，管束能自由伸縮，管殼間沒有溫差應(yīng)力，管殼間沒有溫差應(yīng)力，管內(nèi)、管管內(nèi)、管外清洗方便；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高，管束與殼體間外清洗方便；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造

4、價較高，管束與殼體間有較大的環(huán)隙，排的管子少。有較大的環(huán)隙，排的管子少。16. 2. 4 填料函式換熱器填料函式換熱器管束能自由伸縮，管束能自由伸縮，管殼間沒有溫差應(yīng)力，管殼間沒有溫差應(yīng)力，管內(nèi)、管管內(nèi)、管外清洗方便，結(jié)構(gòu)較浮頭式簡單，造價也較低；但外清洗方便，結(jié)構(gòu)較浮頭式簡單，造價也較低；但殼程的溫度、壓力不能太高。殼程的溫度、壓力不能太高。第8頁/共47頁916.3 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計管殼式換熱器的設(shè)計包括三部分內(nèi)容：管殼式換熱器的設(shè)計包括三部分內(nèi)容：工藝計算：工藝計算：求換熱面積、殼體直徑、換熱管長求換熱面積、殼體直徑、換熱管長度、根數(shù)等。度、根數(shù)等。（化原）（

5、化原）結(jié)構(gòu)設(shè)計：結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定各零部件的型式及各零部件間確定各零部件的型式及各零部件間的連接關(guān)系。的連接關(guān)系。（本節(jié)）（本節(jié)）強(qiáng)度計算：強(qiáng)度計算：校核各零部件及整臺換熱器是否滿校核各零部件及整臺換熱器是否滿足強(qiáng)度及安全要求。足強(qiáng)度及安全要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計包括八個方面的內(nèi)容。結(jié)構(gòu)設(shè)計包括八個方面的內(nèi)容。第9頁/共47頁1016. 3. 1 換熱管的選用換熱管的選用包括換熱管的包括換熱管的材料、規(guī)格（管徑、管長）材料、規(guī)格（管徑、管長）兩方面。兩方面。1. 材料材料 換熱管與管內(nèi)、管外的兩種介質(zhì)直接接觸，因此需根據(jù)介換熱管與管內(nèi)、管外的兩種介質(zhì)直接接觸，因此需根據(jù)介質(zhì)的壓力、溫度和腐蝕性來選擇換熱管的

6、材料。質(zhì)的壓力、溫度和腐蝕性來選擇換熱管的材料。 腐蝕性不大的介質(zhì)用腐蝕性不大的介質(zhì)用10、20號無縫鋼管，低合金號無縫鋼管，低合金16Mn。 酸性腐蝕介質(zhì)選酸性腐蝕介質(zhì)選0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti等。等。 氫腐蝕介質(zhì)選氫腐蝕介質(zhì)選15CrMo。 非金屬：非金屬：石墨、聚四氟乙烯石墨、聚四氟乙烯等。等。2. 管徑管徑 為使換熱管內(nèi)流體達(dá)到為使換熱管內(nèi)流體達(dá)到湍流狀態(tài)且阻力不太大湍流狀態(tài)且阻力不太大，管內(nèi)的流速一般取管內(nèi)的流速一般取0.32m/s（液體）、（液體）、825m/s（氣體）。（氣體）。第10頁/共47頁11碳鋼、低合金鋼管：碳鋼、低合金鋼管：192、252.5、382.

7、5、 573.5不銹鋼管：不銹鋼管：192、 252、 382.5、 572.5.不銹鋼薄壁焊管：不銹鋼薄壁焊管： 251較大直徑的管子用于不清潔或粘度較大的流體，以便于清洗和減較大直徑的管子用于不清潔或粘度較大的流體，以便于清洗和減小流體阻力。較小直徑的管子用于清潔流體或壓力較高的場合。小流體阻力。較小直徑的管子用于清潔流體或壓力較高的場合。 在傳熱面積、流速和其他條件相同的情況下管子直徑小，則殼在傳熱面積、流速和其他條件相同的情況下管子直徑小，則殼體直徑減小，結(jié)構(gòu)緊湊。所以在高壓下要選用小直徑管。體直徑減小，結(jié)構(gòu)緊湊。所以在高壓下要選用小直徑管。（ 如如192、 142、 81.5）3.

8、管長管長 傳熱面積一定時，管子越長（根數(shù)少），則殼體、封頭的直徑傳熱面積一定時，管子越長（根數(shù)少），則殼體、封頭的直徑越小、壁厚越?。坏茏舆^長，清洗、運輸、安裝都不方便。越小、壁厚越??；但管子過長，清洗、運輸、安裝都不方便。因此，管長一般不大于因此，管長一般不大于6米。管子推薦長度：米。管子推薦長度：1、1.5、2、3、4.5、6米。米。 實際中，要優(yōu)先滿足管徑、殼體直徑的尺寸，再考慮管長。實際中，要優(yōu)先滿足管徑、殼體直徑的尺寸，再考慮管長。第11頁/共47頁1216. 3. 2 管子在管板上的排列管子在管板上的排列包括包括排列方式和間距排列方式和間距兩方面的內(nèi)容。兩方面的內(nèi)容。1. 排列方

9、式排列方式 正三角形正三角形排列可排較多的管子，但管外機(jī)械清洗較排列可排較多的管子，但管外機(jī)械清洗較困難。正方形排列則正好相反。多程換熱器采用困難。正方形排列則正好相反。多程換熱器采用正方形與三角形的組合排列。正方形與三角形的組合排列。60309045p第12頁/共47頁13第13頁/共47頁142. 排列間距排列間距 管板上兩根換熱管的中心距稱為管間距管板上兩根換熱管的中心距稱為管間距P。 管間距小，則換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，流體流速高且不易走短路，管間距小，則換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，流體流速高且不易走短路，故傳熱效率高；但流體阻力加大，管板上的應(yīng)力集中現(xiàn)象也故傳熱效率高；但流體阻力加大，管板上的應(yīng)力集中現(xiàn)

10、象也加劇。加劇。 正三角形正三角形排列排列P1.25do；正方形排列；正方形排列Pdo+6mm；多；多程換熱器分程隔板兩側(cè)的管間距要大些，程換熱器分程隔板兩側(cè)的管間距要大些， 具體數(shù)值具體數(shù)值見見GB151-1999；管束最外層管子的外壁與殼體內(nèi)壁；管束最外層管子的外壁與殼體內(nèi)壁間的距離間的距離不得小于不得小于10mm。16. 3. 3 換熱管管與管板的連接換熱管管與管板的連接管子與管板的連接是管殼式換熱器中管子與管板的連接是管殼式換熱器中最重要的部分最重要的部分。制造過程中工作量最大，使用過程中最易損壞。要求制造過程中工作量最大，使用過程中最易損壞。要求該部位在承受介質(zhì)的壓力、溫度時該部位在

11、承受介質(zhì)的壓力、溫度時不漏、不拉脫不漏、不拉脫。第14頁/共47頁151. 脹接脹接 方法：方法：脹管器脹管器 爆炸脹接爆炸脹接管子端部塑性變形，管管子端部塑性變形，管板彈性變形。板彈性變形。最大的優(yōu)點是無間隙腐蝕。最大的優(yōu)點是無間隙腐蝕。結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：光孔光孔 孔壁開槽孔壁開槽使用范圍及要求：使用范圍及要求： 管板的硬度必須高于管端的硬度，否則管端應(yīng)退火。管板的硬度必須高于管端的硬度，否則管端應(yīng)退火。 溫度不大于溫度不大于300oC，壓力不大于，壓力不大于4MPa，溫度過高，材料發(fā)生，溫度過高，材料發(fā)生蠕變，使接頭處的殘余應(yīng)力逐漸消失。蠕變，使接頭處的殘余應(yīng)力逐漸消失。 管板厚度較小、換熱管外

12、徑小于管板厚度較小、換熱管外徑小于14mm時不宜用脹接。時不宜用脹接。 振動劇烈、溫度變化過大、嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕都不宜用脹接。振動劇烈、溫度變化過大、嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕都不宜用脹接。脹接后圖17-6 脹接結(jié)構(gòu)脹接前圖圖16.6 脹接結(jié)構(gòu)脹接結(jié)構(gòu)第15頁/共47頁162. 焊接焊接 （實際中用的最多）（實際中用的最多） 焊接的特點：焊接的特點： 高溫、高壓下仍能保證連接的密封性和強(qiáng)度。高溫、高壓下仍能保證連接的密封性和強(qiáng)度。 對換熱管、管板材質(zhì)的要求低。對換熱管、管板材質(zhì)的要求低。 可采用較小的管板厚度。（無管板最小厚度的可采用較小的管板厚度。（無管板最小厚度的要求）要求） 焊接工藝簡便，生產(chǎn)效率高。

13、焊接工藝簡便，生產(chǎn)效率高。 焊接接頭處易產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力腐蝕。焊接接頭處易產(chǎn)生裂紋和應(yīng)力腐蝕。 換熱管與管板孔間存在間隙，易造成間隙腐蝕。換熱管與管板孔間存在間隙，易造成間隙腐蝕。 第16頁/共47頁17焊接的結(jié)構(gòu)：焊接的結(jié)構(gòu)：圖17-8 焊接結(jié)構(gòu)(a)(b)(a)圖焊接施工方便，圖焊接施工方便，焊接質(zhì)量容易保證，焊接質(zhì)量容易保證，應(yīng)用最多。應(yīng)用最多。(b)圖介質(zhì)在換熱管圖介質(zhì)在換熱管進(jìn)、出口處阻力小，進(jìn)、出口處阻力小，在立式換熱器中，在立式換熱器中，停工后管板上不會停工后管板上不會積液。但焊接質(zhì)量積液。但焊接質(zhì)量不易保證。不易保證。圖圖16.8 焊接結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)第17頁/共47頁183. 脹焊

14、并用脹焊并用 綜合了脹接和焊接兩種方法的優(yōu)點，但加工綜合了脹接和焊接兩種方法的優(yōu)點，但加工成本高。根據(jù)加工工藝分為先脹后焊和先焊成本高。根據(jù)加工工藝分為先脹后焊和先焊后脹（各有優(yōu)缺點）。后脹（各有優(yōu)缺點）。 脹焊并用適用于：脹焊并用適用于： 承受振動或疲勞載荷的場合。承受振動或疲勞載荷的場合。 有間隙腐蝕的場合。有間隙腐蝕的場合。 采用復(fù)合管板的場合。采用復(fù)合管板的場合。第18頁/共47頁1916. 3. 4 管板與殼體的連接管板與殼體的連接1. 管板與殼體不可拆管板與殼體不可拆(焊接焊接)固定管板式換熱器用固定管板式換熱器用(a)圖管內(nèi)易清洗，應(yīng)用較多。圖管內(nèi)易清洗，應(yīng)用較多。(b)圖管板受

15、力優(yōu)于兼作法蘭的圖管板受力優(yōu)于兼作法蘭的管板，但管內(nèi)不易清洗。管板，但管內(nèi)不易清洗。圖17-9 管板與殼體焊接換熱管(a) 管板兼作法蘭(b) 管板不作法蘭管板筒體筒體管板管箱換熱管圖圖16.9 管板與殼體連接管板與殼體連接第19頁/共47頁202. 管板與殼體可拆管板與殼體可拆U型管、浮頭、填料函換熱器型管、浮頭、填料函換熱器圖17-10 管板與殼體可拆結(jié)構(gòu)換熱管筒體管板管箱圖圖16.10 管板與殼體可拆結(jié)構(gòu)管板與殼體可拆結(jié)構(gòu)第20頁/共47頁2116. 3. 5 管箱與管束分程管箱與管束分程1. 管箱管箱 管箱位于換熱管箱位于換熱器的兩端，作器的兩端，作用是將管程介用是將管程介質(zhì)均勻地分布

16、質(zhì)均勻地分布到各換熱管中，到各換熱管中，或把管內(nèi)介質(zhì)或把管內(nèi)介質(zhì)收集后輸送出收集后輸送出來。結(jié)構(gòu)見圖來。結(jié)構(gòu)見圖16-11。第21頁/共47頁222. 管束為什么要分程？管束為什么要分程？ 前已述及，管長一般不超過前已述及，管長一般不超過6m，那么，當(dāng)所需換，那么，當(dāng)所需換熱面積較大時，有兩個方法：熱面積較大時，有兩個方法：用兩臺換熱器串聯(lián)。（一般用在高壓情況下）用兩臺換熱器串聯(lián)。（一般用在高壓情況下）采用增大殼體直徑的辦法，使換熱管數(shù)增加。但采用增大殼體直徑的辦法，使換熱管數(shù)增加。但這會使管程流速下降，傳熱系數(shù)減小。因此要將這會使管程流速下降，傳熱系數(shù)減小。因此要將管束分程，使流體依次流過各

17、程管子，使流速在管束分程，使流體依次流過各程管子，使流速在前面所述的合適范圍內(nèi)。前面所述的合適范圍內(nèi)。第22頁/共47頁23雙管程換熱器內(nèi)的流體流動雙管程換熱器內(nèi)的流體流動第23頁/共47頁243. 分程方法分程方法 在管箱內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的隔板，將管束分為多程。在管箱內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的隔板，將管束分為多程。隔板與管箱焊接，與管板用墊片密封隔板與管箱焊接，與管板用墊片密封（見圖（見圖16-12）。）。 常用的程數(shù)有常用的程數(shù)有1，2，4，6，8，10，12，各程的管，各程的管子根數(shù)要大致相等。子根數(shù)要大致相等。流動順序流動順序管內(nèi)介質(zhì)入管內(nèi)介質(zhì)入口側(cè)隔板口側(cè)隔板管內(nèi)介質(zhì)返管內(nèi)介質(zhì)返回側(cè)隔板回側(cè)隔板

18、12 例：例：2程的分法程的分法第24頁/共47頁25換熱器管箱換熱器管箱第25頁/共47頁2616. 3. 6 折流板折流板1. 折流板的作用折流板的作用 在殼程為對流傳熱的情況下，設(shè)置折流板是為了提在殼程為對流傳熱的情況下，設(shè)置折流板是為了提高高殼程介質(zhì)的流速殼程介質(zhì)的流速和擾動程度，強(qiáng)化傳熱效果，同和擾動程度，強(qiáng)化傳熱效果，同時折流板對管束起到了支承作用。但在殼程為冷凝時折流板對管束起到了支承作用。但在殼程為冷凝或蒸發(fā)的情況下，傳熱系數(shù)和流體的流動狀態(tài)沒有或蒸發(fā)的情況下，傳熱系數(shù)和流體的流動狀態(tài)沒有關(guān)系，這時設(shè)置折流板只是為了支承管束。關(guān)系，這時設(shè)置折流板只是為了支承管束。管板管板筒體筒

19、體換熱管換熱管折流板折流板拉桿、定距管拉桿、定距管第26頁/共47頁272. 折流板的形式、特點折流板的形式、特點單弓型折流板單弓型折流板常用的結(jié)構(gòu)，簡單、安裝方便，多弓型較單弓型死常用的結(jié)構(gòu)，簡單、安裝方便，多弓型較單弓型死角小、阻力小。角小、阻力小。第27頁/共47頁28 弓形弓形盤盤-環(huán)形環(huán)形管殼式換熱器折流板型式第28頁/共47頁293. 折流板的組裝與固定折流板的組裝與固定筒體筒體換熱管換熱管折流板折流板管板管板拉桿拉桿定距管定距管折流板的外徑與筒體內(nèi)壁之間有間隙，間隙太大，折流板的外徑與筒體內(nèi)壁之間有間隙，間隙太大，流體會走短路；間隙太小有會給制造帶來困難，流體會走短路；間隙太小有

20、會給制造帶來困難，故間隙要合適。故間隙要合適。第29頁/共47頁3016. 3. 7 防沖擋板與導(dǎo)流筒防沖擋板與導(dǎo)流筒防沖擋板的作用：防沖擋板的作用：防止進(jìn)口流體直接沖擊管束造成管防止進(jìn)口流體直接沖擊管束造成管子的侵蝕和振動。子的侵蝕和振動。導(dǎo)流筒的作用：導(dǎo)流筒的作用：起防沖擋板的作用。起防沖擋板的作用。減少流體滯留區(qū)，提高傳熱效率。減少流體滯留區(qū)，提高傳熱效率。第30頁/共47頁31過程設(shè)備設(shè)計過程設(shè)備設(shè)計導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒第31頁/共47頁3216. 3. 8 膨脹節(jié)膨脹節(jié) 膨脹節(jié)是標(biāo)準(zhǔn)件，膨脹節(jié)是標(biāo)準(zhǔn)件，GB167491997壓力壓力容器波形膨脹節(jié)容器波形膨脹節(jié)。設(shè)。設(shè)計時，按標(biāo)準(zhǔn)選取膨脹計時

21、，按標(biāo)準(zhǔn)選取膨脹節(jié)后還要校核其應(yīng)力。節(jié)后還要校核其應(yīng)力。常用的膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)如右常用的膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)如右圖所示。圖所示。 膨脹節(jié)焊接在固定管板膨脹節(jié)焊接在固定管板式換熱器的筒體上，它式換熱器的筒體上，它的形狀決定了它受軸向的形狀決定了它受軸向力后容易變形，因此可力后容易變形，因此可減?。ú荒芟┕?、減?。ú荒芟┕?、殼間的溫差應(yīng)力殼間的溫差應(yīng)力。介質(zhì)流向 圖17-17 波型膨脹節(jié)襯筒圖圖16.16 波形膨脹節(jié)波形膨脹節(jié)第32頁/共47頁33 強(qiáng)化傳熱的原理強(qiáng)化傳熱的原理16.4 管殼式換熱器強(qiáng)化傳熱管殼式換熱器強(qiáng)化傳熱2211111RRK增大增大的途徑的途徑提高介質(zhì)流速提高介質(zhì)流速增大介質(zhì)擾動程度

22、增大介質(zhì)擾動程度流體阻力增大流體阻力增大mQKA t第33頁/共47頁34管管內(nèi)放置強(qiáng)化傳熱元件內(nèi)放置強(qiáng)化傳熱元件不改變傳熱面形狀不改變傳熱面形狀，通過改變，通過改變換熱管內(nèi)換熱管內(nèi)流體流動來強(qiáng)化傳熱，流體流動來強(qiáng)化傳熱，提高傳熱效率，簡便有效，也有利于傳熱面積的擴(kuò)大，且易提高傳熱效率，簡便有效，也有利于傳熱面積的擴(kuò)大，且易于對舊設(shè)備進(jìn)行改造，應(yīng)用廣泛。于對舊設(shè)備進(jìn)行改造，應(yīng)用廣泛。扭帶扭帶螺旋線圈螺旋線圈繞花絲繞花絲第34頁/共47頁35圖圖16.20 a 螺旋槽管螺旋槽管 b 橫紋槽管橫紋槽管1. 槽管槽管流體在溝槽或凸流體在溝槽或凸起處產(chǎn)生旋渦起處產(chǎn)生旋渦增加近壁區(qū)的湍增加近壁區(qū)的湍流程

23、度流程度提高對流提高對流傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)適用于強(qiáng)化管內(nèi)單相流體的傳熱、管外蒸汽冷凝、管外液體適用于強(qiáng)化管內(nèi)單相流體的傳熱、管外蒸汽冷凝、管外液體膜態(tài)沸騰。膜態(tài)沸騰。異形管異形管強(qiáng)化傳熱強(qiáng)化傳熱第35頁/共47頁362. 波紋管波紋管圖圖16.21 16.21 波紋管波紋管Dh既能強(qiáng)化管內(nèi)又能強(qiáng)化管外，傳熱效率高、不易既能強(qiáng)化管內(nèi)又能強(qiáng)化管外，傳熱效率高、不易結(jié)垢、熱補(bǔ)償能力好、體積小、重量輕，傳熱系結(jié)垢、熱補(bǔ)償能力好、體積小、重量輕，傳熱系數(shù)是光管的數(shù)是光管的23倍，得到了廣泛應(yīng)用倍，得到了廣泛應(yīng)用 。第36頁/共47頁373. 縮放管縮放管壓力降相同的條件下，縮放管的傳熱能力比光壓力降相同的條件下，縮放管的傳熱能力比光滑管大滑管大70%以上。以上。 第37頁/共47頁38扇形翅片圓形翅片鋸齒翅片螺旋翅片圖圖16.25 外翅片圓管外翅片圓管翅片管翅片管適用于清潔的氣體，適用于清潔的氣體，不適用于高表面張力的液體冷不適用于高表面張力的液體冷凝、結(jié)垢嚴(yán)重、攜帶大量顆粒、需要機(jī)械清洗的場合。凝、結(jié)垢嚴(yán)重、攜帶大量顆粒、需要機(jī)械清洗的場合。4. 翅片管翅片管第38頁/共47頁39圓形翅圓形翅片管片