化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)之管殼式換熱器

1、第十二章第十二章 管殼式換熱器管殼式換熱器 在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11。 在現(xiàn)代石油煉廠中在現(xiàn)代石油煉廠中,換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的40左右，它的先進(jìn)性、合理性和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性格直接影響產(chǎn)品左右，它的先進(jìn)性、合理性和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性格直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、數(shù)量和成本。的質(zhì)量、數(shù)量和成本。換熱器換熱器熱交換器熱交換器加熱器加熱器冷卻器冷卻器蒸發(fā)器蒸發(fā)器冷凝器冷凝器第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述衡量衡量一臺(tái)換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)一臺(tái)換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn):傳熱效率高，流體阻力小，強(qiáng)度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)省材傳熱效率高，流體阻力小，強(qiáng)度足夠，結(jié)構(gòu)可靠

2、，節(jié)省材料；成本低；制造、安裝、檢修方便。料；成本低；制造、安裝、檢修方便。板式換熱器板式換熱器傳熱效率高、金屬消傳熱效率高、金屬消耗量低，但流體阻力大、強(qiáng)度和剛度耗量低，但流體阻力大、強(qiáng)度和剛度差，制造、維修困難。差，制造、維修困難。列管式換熱器列管式換熱器雖在傳熱效率、緊雖在傳熱效率、緊湊性、金屬消耗量等方面均不如板式湊性、金屬消耗量等方面均不如板式換熱器，但其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠程度高、換熱器，但其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、材料范圍廣，因而目前仍適應(yīng)性強(qiáng)、材料范圍廣，因而目前仍是石油、化工生產(chǎn)中，尤其是高溫、是石油、化工生產(chǎn)中，尤其是高溫、高壓和大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)型式。高壓和大型換熱器

3、的主要結(jié)構(gòu)型式。板式換熱器板式換熱器 汽汽-水熱交換器水熱交換器 列管換熱器列管換熱器RV容積式換熱器容積式換熱器搪玻璃換熱器搪玻璃換熱器 一、一、 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及主要零部件管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及主要零部件二、管殼式換熱器的分類二、管殼式換熱器的分類 1、固定管板式換熱器、固定管板式換熱器膨脹節(jié)膨脹節(jié) 適用于殼程介質(zhì)適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗，溫差管程需清洗，溫差不大或溫差大但是不大或溫差大但是殼程壓力不高的場(chǎng)殼程壓力不高的場(chǎng)合。合。2浮頭式換熱器浮頭式換熱器管束可以抽出，便于清洗。管束可以抽出，便于清洗。但這類換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大。浮頭處如發(fā)生但這

4、類換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大。浮頭處如發(fā)生泄漏時(shí)不便檢查。管束與殼體間隙較大，影響傳熱。泄漏時(shí)不便檢查。管束與殼體間隙較大，影響傳熱。適用于管、殼溫差較大，以及介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。適用于管、殼溫差較大，以及介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。 3、填函式換熱器、填函式換熱器 管束一端可以自由膨脹，造價(jià)也比浮頭式低，檢修、管束一端可以自由膨脹，造價(jià)也比浮頭式低，檢修、清洗容易，填函處泄漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。清洗容易，填函處泄漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。 但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不宜處理易揮但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不宜處理易揮發(fā)，易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。發(fā)，易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。4U形管式換熱器形管式換熱器 適用于管

5、、殼壁溫差較大的場(chǎng)合，尤其是管內(nèi)介質(zhì)清適用于管、殼壁溫差較大的場(chǎng)合，尤其是管內(nèi)介質(zhì)清潔不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)合。潔不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)合。殼體直徑的決定和殼體壁厚的計(jì)算；殼體直徑的決定和殼體壁厚的計(jì)算； 換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇：換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇：管板尺寸確定；管板尺寸確定； 管子拉脫力的計(jì)算；管子拉脫力的計(jì)算；折流板的選擇與計(jì)算；折流板的選擇與計(jì)算； 溫差應(yīng)力計(jì)算。溫差應(yīng)力計(jì)算。此外還應(yīng)考慮接管、接管法蘭選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)等。此外還應(yīng)考慮接管、接管法蘭選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)等。三、管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容三、管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容 第二節(jié)第二節(jié) 管

6、子的選用及其與管板的連接管子的選用及其與管板的連接一、管子的選用一、管子的選用無縫鋼管無縫鋼管光管光管二、管子與管板的連結(jié)二、管子與管板的連結(jié)1脹接脹接利用利用脹管器脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時(shí)產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)取去脹管發(fā)生塑性變形，管板孔同時(shí)產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)取去脹管器后，管板孔彈性收縮，管板與管子間就產(chǎn)生一定的擠器后，管板孔彈性收縮，管板與管子間就產(chǎn)生一定的擠緊壓力，緊密地貼在一起，達(dá)到密封緊固連接的目的。緊壓力，緊密地貼在一起，達(dá)到密封緊固連接的目的。波紋管2焊接焊接3脹焊結(jié)合脹焊結(jié)合目前較廣泛采用的方法目前較廣泛采用的方

7、法消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命全焊接板殼式換熱器全焊接板殼式換熱器第三節(jié)第三節(jié) 管板結(jié)構(gòu)管板結(jié)構(gòu)1、換熱管排列形式、換熱管排列形式二、管間距二、管間距最外層換熱管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于換熱管外徑最外層換熱管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于換熱管外徑的一半的一半)+l0mm。三、管板受力及其設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介三、管板受力及其設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 管束對(duì)管板的支承作用管束對(duì)管板的支承作用管板與許多換熱管剛性地固定管板與許多換熱管剛性地固定在一起，因此，管束起著支承的作用，阻礙管板的變形。在在一起，因此，管束起著支承的作用，阻礙管板的變形。在進(jìn)行受力分析時(shí)，常把管

8、板看成是放在彈性基礎(chǔ)上的平板，進(jìn)行受力分析時(shí)，常把管板看成是放在彈性基礎(chǔ)上的平板，列管就起著彈性基礎(chǔ)的作用。列管就起著彈性基礎(chǔ)的作用。我國(guó)鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定我國(guó)鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定四、管程的分程及管板與隔板的連接四、管程的分程及管板與隔板的連接七種七種五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)可拆式和不可拆式可拆式和不可拆式1、當(dāng)管板兼作法蘭時(shí)、當(dāng)管板兼作法蘭時(shí)2、管板不兼作法蘭時(shí)、管板不兼作法蘭時(shí)2、浮頭式、浮頭式、U形管式及填函式換熱器固定端管板與殼體的連形管式及填函式換熱器固定端管板與殼體的連接接可拆式可拆式第四節(jié)第四節(jié) 折流板、支承扳、旁路擋板及攔液板折流板、支承扳、旁

9、路擋板及攔液板的作用與結(jié)構(gòu)的作用與結(jié)構(gòu) 一、折流板及支承板一、折流板及支承板橫向橫向縱向縱向弓形弓形圓盤圓盤-圓環(huán)形圓環(huán)形帶扇形切口帶扇形切口二、旁路擋板二、旁路擋板三、攔液板三、攔液板在立式冷凝器中，為減薄管壁上的液膜而提高傳熱膜系數(shù)在立式冷凝器中，為減薄管壁上的液膜而提高傳熱膜系數(shù)第五節(jié)第五節(jié) 溫差應(yīng)力溫差應(yīng)力一、管壁與殼壁溫度差引起的溫差應(yīng)力一、管壁與殼壁溫度差引起的溫差應(yīng)力二、管子拉脫力的計(jì)算二、管子拉脫力的計(jì)算在操作壓力作用下：在操作壓力作用下：在溫差應(yīng)力作用下：在溫差應(yīng)力作用下：管子拉脫力管子拉脫力q =qpqtqU型管換熱器型管換熱器三、溫差應(yīng)力的補(bǔ)償三、溫差應(yīng)力的補(bǔ)償1減少殼體與管束間