熱交換器結(jié)構(gòu)培訓(xùn)資料課件

熱交換器結(jié)構(gòu)1熱交換器結(jié)構(gòu)11.1定義:熱交換器（heatexchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱換熱器。換熱器在化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，其在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用廣泛。21基本介紹1.1定義:21基本介紹31.2基本類型1、固定管板式2、浮頭式3、U形管式4、填料函式31.2基本類型1、固定管板式2、浮頭式3、U形管式4、●

熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多?！?/p>

換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力小。

●

價(jià)格便宜，維護(hù)容易，使用時(shí)間長(zhǎng)。41.3換熱器的基本要求

●熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單52、固定管板式換熱器1—封頭；2—法蘭；3—排氣口；4—?dú)んw；5—換熱管；6—波形膨脹節(jié)；7—折流板（或支持板）；8—防沖板；9—?dú)こ探庸埽?0—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封頭；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉桿；18—支座；19—墊片；20、21—螺栓、螺母52、固定管板式換熱器1—封頭；2—法蘭；3—排氣口；4—?dú)?——適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶解清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)——當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。應(yīng)用

為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。6——適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單7隔板:增加管程數(shù),提高管內(nèi)流體流速.流速增加,傳熱效率提高;但流動(dòng)的阻力也同時(shí)增加;折流板：提高殼程流體的流速和湍動(dòng)程度。7隔板:增加管程數(shù),提高管內(nèi)流體流速.流速增加,傳熱效率提高8帶膨脹節(jié)的固定管板式熱交換器適用場(chǎng)合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場(chǎng)合。為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式熱交換器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。膨脹節(jié)的作用：由于兩塊管板都與殼體固定，當(dāng)殼體、換熱管受熱、受壓都會(huì)發(fā)生變形，加入膨脹節(jié)減少熱應(yīng)力來(lái)吸收熱膨脹差。8帶膨脹節(jié)的固定管板式熱交換器適用場(chǎng)合：適用于殼程介質(zhì)清潔，93、浮頭式熱交換器1—防沖板；2—折流板；3—浮頭管板；4—鉤圈；5—支耳

93、浮頭式熱交換器1—防沖板；2—折流板；3—浮頭管板；410浮頭式換熱器10浮頭式換熱器11浮頭結(jié)構(gòu)示意圖11浮頭結(jié)構(gòu)示意圖12優(yōu)點(diǎn)——管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；缺點(diǎn)——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無(wú)法檢查，制造時(shí)對(duì)密封要求較高。應(yīng)用——?dú)んw和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。12優(yōu)點(diǎn)——管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；13浮頭式重沸器1—偏心錐殼；2—堰板；3—液面計(jì)接口13浮頭式重沸器1—偏心錐殼；2—堰板；3—液面計(jì)接口144、U形管式換熱器1—中間擋板；2—U形換熱管；3—排氣口；4—防沖板；5—分程隔板144、U形管式換熱器1—中間擋板；2—U形換熱管；3—排氣15U形管式換熱器15U形管式換熱器16

優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。受彎管曲率半徑限制，布管少；管束最內(nèi)層管間距大，管板利用率低；缺點(diǎn)殼程流體易短路，傳熱不利。當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有外層U形管可更換，內(nèi)層管只能堵死，壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報(bào)廢率較高。管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要

應(yīng)用清洗，又不宜采用浮頭式和固定管板式的場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。16優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。175、填料函式換熱器1—縱向隔板；2—浮動(dòng)管板；3—活套法蘭；4—部分剪切環(huán)；5—填料壓蓋；6—填料；7—填料函175、填料函式換熱器1—縱向隔板；2—浮動(dòng)管板；3—活套法18優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單，加工制造方便；節(jié)省材料，造價(jià)比較低廉;

管束從殼體內(nèi)可抽出;

管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。缺點(diǎn)填料處易泄漏。

應(yīng)用

4MPa以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。

注：填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用。18優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單，加工制造方便；196不同類型比較表列管式熱交換器種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)固定管板式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，相對(duì)其它列管式熱交換器其管板最薄。管外清洗困難；管殼間有溫差應(yīng)力存在；當(dāng)兩種介質(zhì)溫差較大時(shí)必須設(shè)置膨脹節(jié)。浮頭式一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動(dòng)；管殼間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可抽出，便于清洗。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時(shí)不便檢查；管束與管體間隙較大，影響傳熱。填料函式管束一端可自由膨脹；造價(jià)比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。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)。U型管式只有一個(gè)管板；管程至少為兩程；管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。管內(nèi)不便清洗；管板上布管少，結(jié)構(gòu)不緊湊，管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果；內(nèi)層管子損壞后不易更換。196不同類型比較表列管式熱交換器優(yōu)點(diǎn)缺207管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管程——與管束中流體相通的空間殼程——換熱管外面流體及相通空間管程殼程管程207管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管程——與管束中流體相通的空間殼程—217.1管程結(jié)構(gòu)一、換熱管二、管板三、管箱四、管束分程五、換熱管與管板連接217.1管程結(jié)構(gòu)一、換熱管二、管板三、管箱四、管束分程五22一、換熱管a.換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管翅片管（在給熱系數(shù)低側(cè)）螺旋槽管螺紋管b.換熱管尺寸φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm無(wú)縫鋼管φ25×2和φ38×2.5mm不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等22一、換熱管a.換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管翅片管（在給熱系數(shù)23小管徑單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞用于較清潔的流體粘性大或污濁的流體大管徑23小管徑單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、粘性大或污濁的流體24c.換熱管材料金屬材料碳素鋼低合金鋼不銹鋼銅銅鎳合金鋁合金鈦等非金屬材料石墨陶瓷聚四氟乙烯等24c.換熱管材料金屬材料碳素鋼低合金鋼不銹鋼銅銅鎳合金鋁合25d.換熱管排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；正方形及轉(zhuǎn)角正方形較易清洗管橋強(qiáng)度清洗通道P≥1.25d025d.換熱管排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；管26常用換熱管中心距/mm換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距161925324048577226常用換熱管中心距/mm換熱管外徑do1214192532272728二、管板作用用來(lái)排布換熱管；將管程和殼程流體分開(kāi)，避免冷、熱流體混合；承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用。28二、管板作用用來(lái)排布換熱管；29a.管板材料力學(xué)性能介質(zhì)腐蝕性（及tube-tubesheet間電位差對(duì)腐蝕影響）貴重鋼板價(jià)格流體無(wú)腐蝕性或有輕微腐蝕性時(shí)，管板采用壓力容器用碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造；腐蝕性較強(qiáng)時(shí)，用不銹鋼、銅、鋁、鈦等材料，為經(jīng)濟(jì)考慮，采用復(fù)合鋼板或堆焊襯里。29a.管板材料力學(xué)性能流體無(wú)腐蝕性或有輕微腐蝕性時(shí)，30b.管板結(jié)構(gòu)厚度——滿足強(qiáng)度前提下，盡量減少管板厚度熱應(yīng)力30b.管板結(jié)構(gòu)厚度——熱應(yīng)力31厚度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)TEMA西德AD標(biāo)準(zhǔn)厚度“厚管板”——GB151《管殼式換熱器》、美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)TEMA“薄管板”——西德AD標(biāo)準(zhǔn)，厚度一般為8-20mm31厚度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》厚度“厚管板”——32薄管板平面形橢圓形碟形球形撓性薄管板等目前主要有32薄管板平面形橢圓形碟形球形撓性薄管板等目前主要有33比較四種用于固定管板換熱器的薄管板結(jié)構(gòu)：薄管板貼于法蘭表面上，當(dāng)管程通過(guò)腐蝕性介質(zhì)時(shí)，密封槽開(kāi)在管板上，法蘭不與管程介質(zhì)接觸（a）（b）薄管板嵌入法蘭內(nèi)，并將表面車(chē)平。不論管程和殼程是否有腐蝕性介質(zhì)，法蘭都會(huì)與腐蝕性介質(zhì)接觸，需采用耐腐蝕材料，※而且管板受法蘭力距的影響較大33比較四種用于固定管板換熱器的薄管板結(jié)構(gòu)：薄管板貼于法蘭表34●薄管板在法蘭下面且與筒體焊接。殼程通入腐蝕性介質(zhì)時(shí)，不必采用耐腐蝕材料；●管板離開(kāi)了法蘭，減小了法蘭力矩和變形對(duì)管板的影響，降低了管板因法蘭引起的應(yīng)力；●管板與剛度較小的筒體連接，也降低了管板的邊緣應(yīng)力；●是一種較好的結(jié)構(gòu)。（c）34●薄管板在法蘭下面且與筒體（c）35（d）●管板與殼體間有一個(gè)圓弧過(guò)渡連接，并且很薄，管板具有一定彈性，可補(bǔ)償管束與殼體間的熱膨脹；●過(guò)渡圓弧可減少管板邊緣的應(yīng)力集中?！裨摲N管板沒(méi)有法蘭力矩的影響?！駳こ塘黧w通入腐蝕性介質(zhì)時(shí)，法蘭不會(huì)受到腐蝕?！駬闲员」馨寮庸け容^復(fù)雜。撓性薄管板結(jié)構(gòu)35（d）●管板與殼體間有一個(gè)圓弧過(guò)撓性薄管板結(jié)構(gòu)36橢圓形管板以橢圓形封頭作為管板，與換熱器殼體焊接在一起。受力情況比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降低熱應(yīng)力；適用于高壓、大直徑的換熱器。36橢圓形管板以橢圓形封頭作為管板，與換熱器殼體焊接在一起。37用于嚴(yán)格禁止管程與殼程介質(zhì)互相混合的場(chǎng)合。方法：從短節(jié)排出短節(jié)圓筒充入高于管程、殼程壓力的惰性介質(zhì)圖6-17雙管板結(jié)構(gòu)1—空隙2—?dú)こ坦馨?/p>

3—短節(jié)4—管程管板123437用于嚴(yán)格禁止管程方法：圖6-17雙管板結(jié)構(gòu)123438三、管箱作用——流體送入換熱管和送出換熱器，在多管程結(jié)構(gòu)中，還起到改變流體流向的作用。結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素——清洗？管束分程？(a)(b)(c)(d)38三、管箱作用——流體送入換熱管和送出換熱器，結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定39特點(diǎn)清洗時(shí)要拆除管線；該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的介質(zhì)。(a)39特點(diǎn)清洗時(shí)要拆除管線；該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的介質(zhì)。(a)40換熱器管箱40換熱器管箱41清洗時(shí)不要拆除管線；缺點(diǎn)是用材較多。特點(diǎn)(b)41清洗時(shí)不要拆除管線；特點(diǎn)(b)42特點(diǎn)檢查、清洗不方便很少使用（1）（2）(c)42特點(diǎn)檢查、清洗不方便（1）（2）(c)43特點(diǎn)設(shè)置多層隔板的管箱結(jié)構(gòu)(d)43特點(diǎn)設(shè)置多層隔板的管箱結(jié)構(gòu)(d)44四、管束分程管內(nèi)流動(dòng)的流體從管子的一端流到另一端，稱為一個(gè)管程換熱面積要變大管數(shù)增加流速下降傳熱系數(shù)下降多管程管子加長(zhǎng)44四、管束分程管內(nèi)流動(dòng)的流體從管子的一端流到另一端，稱為一45管束分程布置圖每程管數(shù)大致相同，溫差不超過(guò)20℃左右為好流向45管束分程布置圖每程管數(shù)大致相同，溫差不超過(guò)20℃左右為好46五、換熱管與管板連接強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊脹焊并用a.強(qiáng)度脹保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接設(shè)計(jì)壓力≤4.0MPa；設(shè)計(jì)溫度≤300℃；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大溫度波動(dòng)，及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。應(yīng)用46五、換熱管與管板連接強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊脹焊并用a.強(qiáng)度脹保證換47338300300Kδ1113003386K111δδ33863003111300K貼脹結(jié)構(gòu)用于δ≤25mm的場(chǎng)合用于δ＞25mm的場(chǎng)合用于厚管板及避免晶間腐蝕的場(chǎng)合強(qiáng)度脹接管孔結(jié)構(gòu)300l47338300300Kδ1113003386K111δδ348非均勻脹接均勻脹接脹接機(jī)理方法管子硬度一般須低于管板硬度，若達(dá)不到，可進(jìn)行管頭退火處理48非均勻脹接均勻脹接脹接機(jī)理方法管子硬度一般須低于管板硬度49液壓脹接49液壓脹接50機(jī)械脹接50機(jī)械脹接51b.強(qiáng)度焊保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接。用于整體管板用于復(fù)合管板圖6-20強(qiáng)度焊接管孔結(jié)構(gòu)51b.強(qiáng)度焊保證換熱管與管板連接的用于整體管板用于復(fù)合管板52優(yōu)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)度高。高溫下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。泄露處可補(bǔ)焊和更換。焊后，管子與管板中存在殘余熱應(yīng)力和應(yīng)力集中，運(yùn)行時(shí)可能引起應(yīng)力腐蝕與疲勞破壞；縫隙腐蝕。缺點(diǎn)除較大振動(dòng)和縫隙腐蝕場(chǎng)合外，該方法應(yīng)用廣泛;薄管板不能脹，只能焊。應(yīng)用52優(yōu)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)度高。焊后，管子與管板中存53c.脹焊并用主要有強(qiáng)度脹+密封焊、強(qiáng)度焊+貼脹、強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹等不僅能提高連接處的抗疲勞性能，而且還可消除應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕，提高使用壽命應(yīng)用：密封性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需使用復(fù)合管板等的場(chǎng)合53c.脹焊并用主要有強(qiáng)度脹+密封焊、強(qiáng)度焊+貼脹、強(qiáng)度焊+54切除管子端部54切除管子端部557.2殼程結(jié)構(gòu)一、殼體二、折流板三、折流桿四、防短路結(jié)構(gòu)五、殼程分程557.2殼程結(jié)構(gòu)一、殼體二、折流板三、折流桿四、防短路結(jié)構(gòu)56一、殼體a.接管b.防沖擋板c.導(dǎo)流筒焊在殼體上，供殼程流體進(jìn)、出。防止進(jìn)口流體直接沖擊管束造成管子的侵蝕和振動(dòng)，在殼程進(jìn)口接管處安裝，也叫緩沖板。焊接在拉桿、定距管、I折流板上焊接在圓筒上用U型螺栓固定在換熱管上固定形式減少流體滯留區(qū)，改善兩端流體的分布，增加換熱管的有效換熱長(zhǎng)度，提高傳熱效率；起防沖擋板的作用。56一、殼體a.接管b.防沖擋板c.導(dǎo)流筒焊在殼57導(dǎo)流筒57導(dǎo)流筒58二、折流板a.作用提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；使殼程流體垂直沖刷管束，提高殼程傳熱系數(shù)；減少結(jié)垢。b.結(jié)構(gòu)形式（見(jiàn)圖）弓形圓盤(pán)-圓環(huán)形堰形折流板58二、折流板a.作用提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；b.結(jié)59(a)單弓形(d)圓盤(pán)-圓環(huán)形(c)三弓形(b)雙弓形弓形缺口高度h應(yīng)使流體流過(guò)缺口時(shí)與橫向流過(guò)管束時(shí)的流速相近缺口大小用弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來(lái)表示，如單弓形折流板，h一般取0.20～0.45Di，最常用0.25Di。圖6-21

折流板形式59(a)單弓形(d)圓盤(pán)-圓環(huán)形(c)三弓形(b)雙弓形弓60c.弓形缺口及通液口設(shè)置（A）殼程為單相清潔液體時(shí)，折流板缺口上下布置圖6-22折流板缺口布置通液口通氣口60c.弓形缺口及通液口設(shè)置（A）殼程為單相清潔液體時(shí)，折流61（B）臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固體顆粒時(shí)，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開(kāi)通液口通液口圖6-22折流板缺口布置61（B）臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固體顆62折流板缺口垂直左右布置62折流板缺口垂直左右布置63折流板63折流板64d.折流板布置位置：管束兩端的折流板盡量靠近進(jìn)出口接管間距：Lmin不小于0.2Di，且不小于50mm；

Lmax不大于Di；64d.折流板布置位置：管束兩端的折流板盡量靠近進(jìn)出口接管65折流板上管孔與換熱管的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的間隙過(guò)大——泄露嚴(yán)重，不利傳熱；易引起振動(dòng)。過(guò)小——安裝困難。當(dāng)換熱管的無(wú)支撐跨距超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值時(shí)，必須設(shè)置一定數(shù)量的支撐板，按照折流板處理。65折流板上管孔與換熱管的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的間隙66e.折流板的固定B、換熱管外徑≤14mm時(shí)——點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)A、換熱管外徑＞14mm時(shí)——拉桿-定距管結(jié)構(gòu)dndn圖6-23

拉桿結(jié)構(gòu)66e.折流板的固定B、換熱管外徑≤14mm時(shí)——點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)A67三、折流桿作用——管束支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——減輕折流板對(duì)換熱管的剪切破壞和流體誘導(dǎo)振動(dòng)；避免折流板導(dǎo)致的傳熱死區(qū)，減小流體阻力，提高傳熱效率；（1）支撐桿（2）折流桿（3）滑軌圖6-24折流桿結(jié)構(gòu)67三、折流桿作用——管束支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——減輕折流板對(duì)換熱管68四、防短路結(jié)構(gòu)a.旁路擋板旁路擋板擋管（或稱假管）中間擋板為了防止殼程邊緣介質(zhì)短路旁路擋板折流板圖6-25擋管結(jié)構(gòu)68四、防短路結(jié)構(gòu)a.旁路擋板旁路擋板擋管（或69旁路擋板可用鋼板或扁鋼制成，其厚度一般與折流板相同。旁路擋板嵌入折流板槽內(nèi)，并與折流板焊接。殼體公稱直徑DN≤500mm時(shí)，增設(shè)一對(duì)旁路擋板；

DN=500mm時(shí)，增設(shè)二對(duì)擋板；

DN≥1000mm時(shí)，增設(shè)三對(duì)旁路擋板。69旁路擋板可用鋼板或扁鋼制成，其厚度一般與70b、擋管圖6-26擋管結(jié)構(gòu)防止管間短路；分程隔板槽背面兩管板之間設(shè)置兩端堵死的管子，即擋管；擋管一般與換熱管規(guī)格相同，可與折流板點(diǎn)焊固定，也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。擋管每隔3～4排換熱管設(shè)置一根，但不設(shè)置在折流板缺口處70b、擋管圖6-26擋管結(jié)構(gòu)防止管間短路；71隔板與擋管71隔板與擋管72c.中間擋板中間擋板圖6-27中間擋板U形管束中心部分存在較大間隙，防止管間短路；中間擋板一般與折流板點(diǎn)焊固定；中間擋板的數(shù)量:DN≤500mm時(shí)，設(shè)置1塊擋板；

500mm<DN<1000mm時(shí)，設(shè)置2塊擋板；

DN≥1000mm時(shí)，設(shè)置不少于3塊擋板。72c.中間擋板中間擋板圖6-27U形管束中心部分存在較大73五、殼程分程根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，或?yàn)樵龃髿こ塘黧w傳熱系數(shù)，也可將換熱器殼程分為多程的結(jié)構(gòu)。73五、殼程分程根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，748管板設(shè)計(jì)一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮二、管板設(shè)計(jì)思路三、薄管板設(shè)計(jì)748管板設(shè)計(jì)一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮二、管板設(shè)計(jì)思路三、薄75各國(guó)的管板設(shè)計(jì)公式盡管形式各異，但其大體上是分別在以下三種基本假設(shè)的前提下得出的：（1）將管板看成周邊支承條件下承受均布載荷的圓平板，應(yīng)用平板理論得出計(jì)算公式?？紤]到管孔的削弱，再引入經(jīng)驗(yàn)性的修正公式。（2）將管子當(dāng)作管板的固定支撐而管板是受管子支撐著的圓平板。管板的厚度取決于管板上不布管區(qū)的范圍。實(shí)踐證明，這種公式適用于各種薄管板的計(jì)算。（3）將管板視為在廣義彈性基礎(chǔ)上承受均布載荷的多孔圓平板，既把圓平板簡(jiǎn)化為受到規(guī)則排列的管孔削弱、同時(shí)又被管子加強(qiáng)的等效彈性基礎(chǔ)上的均質(zhì)等效圓平板。75各國(guó)的管板設(shè)計(jì)公式盡管形式各異，但其大體上是分別在以下三76一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮

假設(shè)：把實(shí)際的管板簡(jiǎn)化為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上且受管孔均勻削弱的當(dāng)量圓平板。GB151《管殼式換熱器》76一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮假設(shè)：GB151《管殼式換熱77a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用77a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束78布管區(qū)不布管區(qū)b.管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)形實(shí)心板管板邊緣的應(yīng)力下降管板靠近中央部分的布管區(qū)靠近周邊處較窄的不布管區(qū)78布管區(qū)不布管區(qū)b.管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響按其面79c.不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器,管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、封頭、墊片等元件對(duì)管板邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用；

(不同連接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟有所不同)a型b型c型d型e型f型79c.不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器,管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)80d.管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響e型f型80d.管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響e型f81假設(shè)：把實(shí)際的管板簡(jiǎn)化為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上且受管孔均勻削弱的當(dāng)量圓平板。a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用b.管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響：將管板劃分為兩個(gè)區(qū)，即靠近中央部分的布管區(qū)和靠近周邊處較窄的不布管區(qū)。通常管板周邊部分較窄的不布管區(qū)按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)形實(shí)心板。由于不布管區(qū)的存在，管板邊緣的應(yīng)力下降；c.不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器，管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、封頭、墊片等元件對(duì)管板邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用；d.管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響。81假設(shè)：a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)82二、管板設(shè)計(jì)思路1.管板彈性分析綜合考慮Ps、Pt；ΔT；預(yù)緊法蘭力矩等載荷簡(jiǎn)化管板為彈性基礎(chǔ)上的等效均質(zhì)圓平板建立每個(gè)單獨(dú)元件位移與轉(zhuǎn)角與其上的內(nèi)力的關(guān)系式以內(nèi)力為未知量的變形協(xié)調(diào)方程組求得內(nèi)力后，計(jì)算危險(xiǎn)截面上應(yīng)力應(yīng)力校核u、ω---NΕ---u、ωΕ---NΕ---σ82二、管板設(shè)計(jì)思路1.管板彈性分析綜合考慮Ps、Pt；Δ83管板與其相關(guān)元件的內(nèi)力分析圖內(nèi)力共14個(gè)83管板與其相關(guān)元件的內(nèi)力分析圖內(nèi)力共84作用在封頭(管箱)與管箱法蘭連接處的——

邊緣彎矩Mh、橫剪力Hh，軸向力Vh管板與其相關(guān)元件的內(nèi)力分析圖84作用在封頭(管箱)與管箱法蘭連接處的——管板與其相關(guān)85VGVbVbVG作用在墊片上的軸向內(nèi)力VG與作用在螺栓圓上的螺栓力Vb管板與其相關(guān)元件的內(nèi)力分析圖85VGVbVbVG作用在墊片上的管板與其相關(guān)86MRHRVRVRHR作用在環(huán)形的不布管區(qū)與殼體法蘭之間即半徑為R處的:彎矩MR徑向力HR軸向剪力VR管板與其相關(guān)元件的內(nèi)力分析圖86MRHRVRVRHR作用在環(huán)形的不布管區(qū)彎矩M87MfMfMfVfHf作用在管板布管區(qū)與邊緣環(huán)板連接處即半徑為Rt處的:邊緣彎矩Mf徑向剪力Hf邊緣剪力Vf管板與其相關(guān)元件的內(nèi)力分析圖87MfMfMfVfHf作用在管板布管區(qū)邊緣彎矩Mf管板與其882.危險(xiǎn)工況確定危險(xiǎn)工況的基本原則：如果不能保證換熱器殼程壓力ps與管程壓力pt在任何情況下都能同時(shí)作用，則不允許以殼程壓力和管程壓力的壓差進(jìn)行管板設(shè)計(jì)。如果ps和pt之一為負(fù)壓時(shí)，則應(yīng)考慮壓差的危險(xiǎn)組合。管板是否兼作法蘭等不同結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)工況組合也不同。882.危險(xiǎn)工況確定危險(xiǎn)工況的基本原則：如果不能保證換熱器89對(duì)于固定管板換熱器，管板分析時(shí)應(yīng)考慮下列危險(xiǎn)工況:只有殼程壓力ps

，而管程壓力pt=0，不計(jì)熱膨脹差；只有管程壓力pt

，而殼程壓力ps=0，不計(jì)熱膨脹差；只有管程壓力pt

，而殼程壓力ps=0，同時(shí)考慮熱膨脹差。只有殼程壓力ps

，而管程壓力pt=0，同時(shí)考慮熱膨脹差；89對(duì)于固定管板換熱器，管板分析時(shí)應(yīng)考慮下列危險(xiǎn)工況:只有殼903.管板應(yīng)力校核管板布管區(qū)應(yīng)力值、環(huán)形板的應(yīng)力值、殼體法蘭應(yīng)力、換熱管軸向應(yīng)力、換熱管與管板連接拉脫力q需計(jì)算出的進(jìn)行校核的應(yīng)力：應(yīng)力分類、校核在不同的危險(xiǎn)工況組合下，計(jì)算出相應(yīng)的：903.管板應(yīng)力校核管板布管區(qū)應(yīng)力值、需計(jì)算出的進(jìn)行校核的914.管板應(yīng)力的調(diào)整調(diào)整方法※增加管板厚度※降低殼體軸向剛度，如設(shè)置膨脹節(jié)（降低由溫差引起的膨脹差導(dǎo)致的管板應(yīng)力增加）提高管板的抗彎截面模量914.管板應(yīng)力的調(diào)整調(diào)整方法※增加管板厚度※降低殼體軸向925.管板設(shè)計(jì)計(jì)算軟件減少繁重勞動(dòng)，利用計(jì)算軟件，如SW6等。925.管板設(shè)計(jì)計(jì)算軟件減少繁重勞動(dòng)，利用計(jì)算軟件，如SW93三、薄管板設(shè)計(jì)主要載荷由管壁與殼壁的溫度差決定，流體壓力引起的應(yīng)力與撓度相對(duì)說(shuō)來(lái)是不大的。管子的穩(wěn)定性驗(yàn)算公稱直徑300~400500~600700~800900~12001400~1800管板厚度810121416表6-3薄管板的厚度mm93三、薄管板設(shè)計(jì)主要載荷由管壁與殼壁的溫度差決定，管子的穩(wěn)94換熱設(shè)備6.2.1基本類型6.2.2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)6.2.3管板設(shè)計(jì)6.2.4膨脹節(jié)設(shè)計(jì)6.2.5管束振動(dòng)和防止94換熱設(shè)備6.2.1基本類型6.2.2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)95膨脹節(jié)設(shè)計(jì)一、膨脹節(jié)的作用二、是否設(shè)置膨脹節(jié)的判斷95膨脹節(jié)設(shè)計(jì)一、膨脹節(jié)的作用二、是否設(shè)置膨脹節(jié)的判斷96一、膨脹節(jié)的作用1.膨脹節(jié)的作用降低由于管束和殼體間熱膨脹差所引起的管板應(yīng)力、換熱管與殼體上的軸向應(yīng)力以及管板與換熱管間的拉脫力。U形膨脹節(jié)96一、膨脹節(jié)的作用1.膨脹節(jié)的作用降低由于管束和U形膨脹節(jié)97膨脹節(jié)97膨脹節(jié)982.膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)形式a.U膨脹節(jié)b.Ω膨脹節(jié)c.平板膨脹節(jié)二、是否設(shè)置膨脹節(jié)的判斷別忽視其他有效方法標(biāo)準(zhǔn)：GB16749《壓力容器波形膨脹節(jié)》982.膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)形式a.U膨脹節(jié)b.Ω膨脹節(jié)c.平999管束振動(dòng)和防止一、振動(dòng)原因二、振動(dòng)防止999管束振動(dòng)和防止一、振動(dòng)原因二、振動(dòng)防止100一、振動(dòng)原因1.外激振力2.流體誘導(dǎo)振動(dòng)現(xiàn)象a.縱向流體誘導(dǎo)振動(dòng)b.橫向流體誘導(dǎo)振動(dòng)旋渦脫落流體彈性擾動(dòng)湍流顫振聲振動(dòng)射流轉(zhuǎn)換100一、振動(dòng)原因1.外激振力2.流體誘導(dǎo)振動(dòng)現(xiàn)象a.縱向流101二、振動(dòng)防止1.改變流速2.改變管子固有頻率3.增設(shè)消聲板4.抑制周期性旋渦5.設(shè)置防沖板或?qū)Я魍?01二、振動(dòng)防止1.改變流速2.改變管子固有頻率3.增設(shè)消熱交換器結(jié)構(gòu)102熱交換器結(jié)構(gòu)11.1定義:熱交換器（heatexchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱換熱器。換熱器在化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，其在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用廣泛。1031基本介紹1.1定義:21基本介紹1041.2基本類型1、固定管板式2、浮頭式3、U形管式4、填料函式31.2基本類型1、固定管板式2、浮頭式3、U形管式4、●

熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。●

換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力小。

●

價(jià)格便宜，維護(hù)容易，使用時(shí)間長(zhǎng)。1051.3換熱器的基本要求

●熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單1062、固定管板式換熱器1—封頭；2—法蘭；3—排氣口；4—?dú)んw；5—換熱管；6—波形膨脹節(jié)；7—折流板（或支持板）；8—防沖板；9—?dú)こ探庸埽?0—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封頭；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉桿；18—支座；19—墊片；20、21—螺栓、螺母52、固定管板式換熱器1—封頭；2—法蘭；3—排氣口；4—?dú)?07——適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶解清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)——當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。應(yīng)用

為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。6——適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單108隔板:增加管程數(shù),提高管內(nèi)流體流速.流速增加,傳熱效率提高;但流動(dòng)的阻力也同時(shí)增加;折流板：提高殼程流體的流速和湍動(dòng)程度。7隔板:增加管程數(shù),提高管內(nèi)流體流速.流速增加,傳熱效率提高109帶膨脹節(jié)的固定管板式熱交換器適用場(chǎng)合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場(chǎng)合。為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式熱交換器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。膨脹節(jié)的作用：由于兩塊管板都與殼體固定，當(dāng)殼體、換熱管受熱、受壓都會(huì)發(fā)生變形，加入膨脹節(jié)減少熱應(yīng)力來(lái)吸收熱膨脹差。8帶膨脹節(jié)的固定管板式熱交換器適用場(chǎng)合：適用于殼程介質(zhì)清潔，1103、浮頭式熱交換器1—防沖板；2—折流板；3—浮頭管板；4—鉤圈；5—支耳

93、浮頭式熱交換器1—防沖板；2—折流板；3—浮頭管板；4111浮頭式換熱器10浮頭式換熱器112浮頭結(jié)構(gòu)示意圖11浮頭結(jié)構(gòu)示意圖113優(yōu)點(diǎn)——管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；缺點(diǎn)——結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無(wú)法檢查，制造時(shí)對(duì)密封要求較高。應(yīng)用——?dú)んw和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。12優(yōu)點(diǎn)——管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；114浮頭式重沸器1—偏心錐殼；2—堰板；3—液面計(jì)接口13浮頭式重沸器1—偏心錐殼；2—堰板；3—液面計(jì)接口1154、U形管式換熱器1—中間擋板；2—U形換熱管；3—排氣口；4—防沖板；5—分程隔板144、U形管式換熱器1—中間擋板；2—U形換熱管；3—排氣116U形管式換熱器15U形管式換熱器117

優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。受彎管曲率半徑限制，布管少；管束最內(nèi)層管間距大，管板利用率低；缺點(diǎn)殼程流體易短路，傳熱不利。當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有外層U形管可更換，內(nèi)層管只能堵死，壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報(bào)廢率較高。管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要

應(yīng)用清洗，又不宜采用浮頭式和固定管板式的場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。16優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。1185、填料函式換熱器1—縱向隔板；2—浮動(dòng)管板；3—活套法蘭；4—部分剪切環(huán)；5—填料壓蓋；6—填料；7—填料函175、填料函式換熱器1—縱向隔板；2—浮動(dòng)管板；3—活套法119優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單，加工制造方便；節(jié)省材料，造價(jià)比較低廉;

管束從殼體內(nèi)可抽出;

管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。缺點(diǎn)填料處易泄漏。

應(yīng)用

4MPa以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。

注：填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用。18優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單，加工制造方便；1206不同類型比較表列管式熱交換器種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)固定管板式結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，相對(duì)其它列管式熱交換器其管板最薄。管外清洗困難；管殼間有溫差應(yīng)力存在；當(dāng)兩種介質(zhì)溫差較大時(shí)必須設(shè)置膨脹節(jié)。浮頭式一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動(dòng)；管殼間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可抽出，便于清洗。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較大；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時(shí)不便檢查；管束與管體間隙較大，影響傳熱。填料函式管束一端可自由膨脹；造價(jià)比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。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)。U型管式只有一個(gè)管板；管程至少為兩程；管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。管內(nèi)不便清洗；管板上布管少，結(jié)構(gòu)不緊湊，管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果；內(nèi)層管子損壞后不易更換。196不同類型比較表列管式熱交換器優(yōu)點(diǎn)缺1217管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管程——與管束中流體相通的空間殼程——換熱管外面流體及相通空間管程殼程管程207管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管程——與管束中流體相通的空間殼程—1227.1管程結(jié)構(gòu)一、換熱管二、管板三、管箱四、管束分程五、換熱管與管板連接217.1管程結(jié)構(gòu)一、換熱管二、管板三、管箱四、管束分程五123一、換熱管a.換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管翅片管（在給熱系數(shù)低側(cè)）螺旋槽管螺紋管b.換熱管尺寸φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm無(wú)縫鋼管φ25×2和φ38×2.5mm不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等22一、換熱管a.換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管翅片管（在給熱系數(shù)124小管徑單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞用于較清潔的流體粘性大或污濁的流體大管徑23小管徑單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、粘性大或污濁的流體125c.換熱管材料金屬材料碳素鋼低合金鋼不銹鋼銅銅鎳合金鋁合金鈦等非金屬材料石墨陶瓷聚四氟乙烯等24c.換熱管材料金屬材料碳素鋼低合金鋼不銹鋼銅銅鎳合金鋁合126d.換熱管排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；正方形及轉(zhuǎn)角正方形較易清洗管橋強(qiáng)度清洗通道P≥1.25d025d.換熱管排列形式及中心距p三角形布管多，但不易清洗；管127常用換熱管中心距/mm換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距161925324048577226常用換熱管中心距/mm換熱管外徑do121419253212827129二、管板作用用來(lái)排布換熱管；將管程和殼程流體分開(kāi)，避免冷、熱流體混合；承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用。28二、管板作用用來(lái)排布換熱管；130a.管板材料力學(xué)性能介質(zhì)腐蝕性（及tube-tubesheet間電位差對(duì)腐蝕影響）貴重鋼板價(jià)格流體無(wú)腐蝕性或有輕微腐蝕性時(shí)，管板采用壓力容器用碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造；腐蝕性較強(qiáng)時(shí)，用不銹鋼、銅、鋁、鈦等材料，為經(jīng)濟(jì)考慮，采用復(fù)合鋼板或堆焊襯里。29a.管板材料力學(xué)性能流體無(wú)腐蝕性或有輕微腐蝕性時(shí)，131b.管板結(jié)構(gòu)厚度——滿足強(qiáng)度前提下，盡量減少管板厚度熱應(yīng)力30b.管板結(jié)構(gòu)厚度——熱應(yīng)力132厚度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)TEMA西德AD標(biāo)準(zhǔn)厚度“厚管板”——GB151《管殼式換熱器》、美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)TEMA“薄管板”——西德AD標(biāo)準(zhǔn)，厚度一般為8-20mm31厚度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)GB151《管殼式換熱器》厚度“厚管板”——133薄管板平面形橢圓形碟形球形撓性薄管板等目前主要有32薄管板平面形橢圓形碟形球形撓性薄管板等目前主要有134比較四種用于固定管板換熱器的薄管板結(jié)構(gòu)：薄管板貼于法蘭表面上，當(dāng)管程通過(guò)腐蝕性介質(zhì)時(shí)，密封槽開(kāi)在管板上，法蘭不與管程介質(zhì)接觸（a）（b）薄管板嵌入法蘭內(nèi)，并將表面車(chē)平。不論管程和殼程是否有腐蝕性介質(zhì)，法蘭都會(huì)與腐蝕性介質(zhì)接觸，需采用耐腐蝕材料，※而且管板受法蘭力距的影響較大33比較四種用于固定管板換熱器的薄管板結(jié)構(gòu)：薄管板貼于法蘭表135●薄管板在法蘭下面且與筒體焊接。殼程通入腐蝕性介質(zhì)時(shí)，不必采用耐腐蝕材料；●管板離開(kāi)了法蘭，減小了法蘭力矩和變形對(duì)管板的影響，降低了管板因法蘭引起的應(yīng)力；●管板與剛度較小的筒體連接，也降低了管板的邊緣應(yīng)力；●是一種較好的結(jié)構(gòu)。（c）34●薄管板在法蘭下面且與筒體（c）136（d）●管板與殼體間有一個(gè)圓弧過(guò)渡連接，并且很薄，管板具有一定彈性，可補(bǔ)償管束與殼體間的熱膨脹；●過(guò)渡圓弧可減少管板邊緣的應(yīng)力集中。●該種管板沒(méi)有法蘭力矩的影響?！駳こ塘黧w通入腐蝕性介質(zhì)時(shí)，法蘭不會(huì)受到腐蝕?！駬闲员」馨寮庸け容^復(fù)雜。撓性薄管板結(jié)構(gòu)35（d）●管板與殼體間有一個(gè)圓弧過(guò)撓性薄管板結(jié)構(gòu)137橢圓形管板以橢圓形封頭作為管板，與換熱器殼體焊接在一起。受力情況比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降低熱應(yīng)力；適用于高壓、大直徑的換熱器。36橢圓形管板以橢圓形封頭作為管板，與換熱器殼體焊接在一起。138用于嚴(yán)格禁止管程與殼程介質(zhì)互相混合的場(chǎng)合。方法：從短節(jié)排出短節(jié)圓筒充入高于管程、殼程壓力的惰性介質(zhì)圖6-17雙管板結(jié)構(gòu)1—空隙2—?dú)こ坦馨?/p>

3—短節(jié)4—管程管板123437用于嚴(yán)格禁止管程方法：圖6-17雙管板結(jié)構(gòu)1234139三、管箱作用——流體送入換熱管和送出換熱器，在多管程結(jié)構(gòu)中，還起到改變流體流向的作用。結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素——清洗？管束分程？(a)(b)(c)(d)38三、管箱作用——流體送入換熱管和送出換熱器，結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定140特點(diǎn)清洗時(shí)要拆除管線；該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的介質(zhì)。(a)39特點(diǎn)清洗時(shí)要拆除管線；該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的介質(zhì)。(a)141換熱器管箱40換熱器管箱142清洗時(shí)不要拆除管線；缺點(diǎn)是用材較多。特點(diǎn)(b)41清洗時(shí)不要拆除管線；特點(diǎn)(b)143特點(diǎn)檢查、清洗不方便很少使用（1）（2）(c)42特點(diǎn)檢查、清洗不方便（1）（2）(c)144特點(diǎn)設(shè)置多層隔板的管箱結(jié)構(gòu)(d)43特點(diǎn)設(shè)置多層隔板的管箱結(jié)構(gòu)(d)145四、管束分程管內(nèi)流動(dòng)的流體從管子的一端流到另一端，稱為一個(gè)管程換熱面積要變大管數(shù)增加流速下降傳熱系數(shù)下降多管程管子加長(zhǎng)44四、管束分程管內(nèi)流動(dòng)的流體從管子的一端流到另一端，稱為一146管束分程布置圖每程管數(shù)大致相同，溫差不超過(guò)20℃左右為好流向45管束分程布置圖每程管數(shù)大致相同，溫差不超過(guò)20℃左右為好147五、換熱管與管板連接強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊脹焊并用a.強(qiáng)度脹保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接設(shè)計(jì)壓力≤4.0MPa；設(shè)計(jì)溫度≤300℃；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大溫度波動(dòng)，及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。應(yīng)用46五、換熱管與管板連接強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊脹焊并用a.強(qiáng)度脹保證換148338300300Kδ1113003386K111δδ33863003111300K貼脹結(jié)構(gòu)用于δ≤25mm的場(chǎng)合用于δ＞25mm的場(chǎng)合用于厚管板及避免晶間腐蝕的場(chǎng)合強(qiáng)度脹接管孔結(jié)構(gòu)300l47338300300Kδ1113003386K111δδ3149非均勻脹接均勻脹接脹接機(jī)理方法管子硬度一般須低于管板硬度，若達(dá)不到，可進(jìn)行管頭退火處理48非均勻脹接均勻脹接脹接機(jī)理方法管子硬度一般須低于管板硬度150液壓脹接49液壓脹接151機(jī)械脹接50機(jī)械脹接152b.強(qiáng)度焊保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接。用于整體管板用于復(fù)合管板圖6-20強(qiáng)度焊接管孔結(jié)構(gòu)51b.強(qiáng)度焊保證換熱管與管板連接的用于整體管板用于復(fù)合管板153優(yōu)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)度高。高溫下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。泄露處可補(bǔ)焊和更換。焊后，管子與管板中存在殘余熱應(yīng)力和應(yīng)力集中，運(yùn)行時(shí)可能引起應(yīng)力腐蝕與疲勞破壞；縫隙腐蝕。缺點(diǎn)除較大振動(dòng)和縫隙腐蝕場(chǎng)合外，該方法應(yīng)用廣泛;薄管板不能脹，只能焊。應(yīng)用52優(yōu)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)度高。焊后，管子與管板中存154c.脹焊并用主要有強(qiáng)度脹+密封焊、強(qiáng)度焊+貼脹、強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹等不僅能提高連接處的抗疲勞性能，而且還可消除應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕，提高使用壽命應(yīng)用：密封性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需使用復(fù)合管板等的場(chǎng)合53c.脹焊并用主要有強(qiáng)度脹+密封焊、強(qiáng)度焊+貼脹、強(qiáng)度焊+155切除管子端部54切除管子端部1567.2殼程結(jié)構(gòu)一、殼體二、折流板三、折流桿四、防短路結(jié)構(gòu)五、殼程分程557.2殼程結(jié)構(gòu)一、殼體二、折流板三、折流桿四、防短路結(jié)構(gòu)157一、殼體a.接管b.防沖擋板c.導(dǎo)流筒焊在殼體上，供殼程流體進(jìn)、出。防止進(jìn)口流體直接沖擊管束造成管子的侵蝕和振動(dòng)，在殼程進(jìn)口接管處安裝，也叫緩沖板。焊接在拉桿、定距管、I折流板上焊接在圓筒上用U型螺栓固定在換熱管上固定形式減少流體滯留區(qū)，改善兩端流體的分布，增加換熱管的有效換熱長(zhǎng)度，提高傳熱效率；起防沖擋板的作用。56一、殼體a.接管b.防沖擋板c.導(dǎo)流筒焊在殼158導(dǎo)流筒57導(dǎo)流筒159二、折流板a.作用提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；使殼程流體垂直沖刷管束，提高殼程傳熱系數(shù)；減少結(jié)垢。b.結(jié)構(gòu)形式（見(jiàn)圖）弓形圓盤(pán)-圓環(huán)形堰形折流板58二、折流板a.作用提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；b.結(jié)160(a)單弓形(d)圓盤(pán)-圓環(huán)形(c)三弓形(b)雙弓形弓形缺口高度h應(yīng)使流體流過(guò)缺口時(shí)與橫向流過(guò)管束時(shí)的流速相近缺口大小用弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來(lái)表示，如單弓形折流板，h一般取0.20～0.45Di，最常用0.25Di。圖6-21

折流板形式59(a)單弓形(d)圓盤(pán)-圓環(huán)形(c)三弓形(b)雙弓形弓161c.弓形缺口及通液口設(shè)置（A）殼程為單相清潔液體時(shí)，折流板缺口上下布置圖6-22折流板缺口布置通液口通氣口60c.弓形缺口及通液口設(shè)置（A）殼程為單相清潔液體時(shí)，折流162（B）臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固體顆粒時(shí)，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開(kāi)通液口通液口圖6-22折流板缺口布置61（B）臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固體顆163折流板缺口垂直左右布置62折流板缺口垂直左右布置164折流板63折流板165d.折流板布置位置：管束兩端的折流板盡量靠近進(jìn)出口接管間距：Lmin不小于0.2Di，且不小于50mm；

Lmax不大于Di；64d.折流板布置位置：管束兩端的折流板盡量靠近進(jìn)出口接管166折流板上管孔與換熱管的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的間隙過(guò)大——泄露嚴(yán)重，不利傳熱；易引起振動(dòng)。過(guò)小——安裝困難。當(dāng)換熱管的無(wú)支撐跨距超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值時(shí)，必須設(shè)置一定數(shù)量的支撐板，按照折流板處理。65折流板上管孔與換熱管的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的間隙167e.折流板的固定B、換熱管外徑≤14mm時(shí)——點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)A、換熱管外徑＞14mm時(shí)——拉桿-定距管結(jié)構(gòu)dndn圖6-23

拉桿結(jié)構(gòu)66e.折流板的固定B、換熱管外徑≤14mm時(shí)——點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)A168三、折流桿作用——管束支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——減輕折流板對(duì)換熱管的剪切破壞和流體誘導(dǎo)振動(dòng)；避免折流板導(dǎo)致的傳熱死區(qū)，減小流體阻力，提高傳熱效率；（1）支撐桿（2）折流桿（3）滑軌圖6-24折流桿結(jié)構(gòu)67三、折流桿作用——管束支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——減輕折流板對(duì)換熱管169四、防短路結(jié)構(gòu)a.旁路擋板旁路擋板擋管（或稱假管）中間擋板為了防止殼程邊緣介質(zhì)短路旁路擋板折流板圖6-25擋管結(jié)構(gòu)68四、防短路結(jié)構(gòu)a.旁路擋板旁路擋板擋管（或170旁路擋板可用鋼板或扁鋼制成，其厚度一般與折流板相同。旁路擋板嵌入折流板槽內(nèi)，并與折流板焊接。殼體公稱直徑DN≤500mm時(shí)，增設(shè)一對(duì)旁路擋板；

DN=500mm時(shí)，增設(shè)二對(duì)擋板；

DN≥1000mm時(shí)，增設(shè)三對(duì)旁路擋板。69旁路擋板可用鋼板或扁鋼制成，其厚度一般與171b、擋管圖6-26擋管結(jié)構(gòu)防止管間短路；分程隔板槽背面兩管板之間設(shè)置兩端堵死的管子，即擋管；擋管一般與換熱管規(guī)格相同，可與折流板點(diǎn)焊固定，也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。擋管每隔3～4排換熱管設(shè)置一根，但不設(shè)置在折流板缺口處70b、擋管圖6-26擋管結(jié)構(gòu)防止管間短路；172隔板與擋管71隔板與擋管173c.中間擋板中間擋板圖6-27中間擋板U形管束中心部分存在較大間隙，防止管間短路；中間擋板一般與折流板點(diǎn)焊固定；中間擋板的數(shù)量:DN≤500mm時(shí)，設(shè)置1塊擋板；

500mm<DN<1000mm時(shí)，設(shè)置2塊擋板；

DN≥1000mm時(shí)，設(shè)置不少于3塊擋板。72c.中間擋板中間擋板圖6-27U形管束中心部分存在較大174五、殼程分程根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，或?yàn)樵龃髿こ塘黧w傳熱系數(shù)，也可將換熱器殼程分為多程的結(jié)構(gòu)。73五、殼程分程根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，1758管板設(shè)計(jì)一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮二、管板設(shè)計(jì)思路三、薄管板設(shè)計(jì)748管板設(shè)計(jì)一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮二、管板設(shè)計(jì)思路三、薄176各國(guó)的管板設(shè)計(jì)公式盡管形式各異，但其大體上是分別在以下三種基本假設(shè)的前提下得出的：（1）將管板看成周邊支承條件下承受均布載荷的圓平板，應(yīng)用平板理論得出計(jì)算公式?？紤]到管孔的削弱，再引入經(jīng)驗(yàn)性的修正公式。（2）將管子當(dāng)作管板的固定支撐而管板是受管子支撐著的圓平板。管板的厚度取決于管板上不布管區(qū)的范圍。實(shí)踐證明，這種公式適用于各種薄管板的計(jì)算。（3）將管板視為在廣義彈性基礎(chǔ)上承受均布載荷的多孔圓平板，既把圓平板簡(jiǎn)化為受到規(guī)則排列的管孔削弱、同時(shí)又被管子加強(qiáng)的等效彈性基礎(chǔ)上的均質(zhì)等效圓平板。75各國(guó)的管板設(shè)計(jì)公式盡管形式各異，但其大體上是分別在以下三177一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮

假設(shè)：把實(shí)際的管板簡(jiǎn)化為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上且受管孔均勻削弱的當(dāng)量圓平板。GB151《管殼式換熱器》76一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮假設(shè)：GB151《管殼式換熱178a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用77a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束179布管區(qū)不布管區(qū)b.管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)形實(shí)心板管板邊緣的應(yīng)力下降管板靠近中央部分的布管區(qū)靠近周邊處較窄的不布管區(qū)78布管區(qū)不布管區(qū)b.管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響按其面180c.不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器,管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、封頭、墊片等元件對(duì)管板邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用；

(不同連接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟有所不同)a型b型c型d型e型f型79c.不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器,管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)181d.管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響e型f型80d.管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響e型f182假設(shè)：把實(shí)際的管板簡(jiǎn)化為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上且受管孔均勻削弱的當(dāng)量圓平板。a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用b.管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響：將管板劃分為兩個(gè)區(qū)，即靠近中央部分的布管區(qū)和靠近周邊處較窄的不布管區(qū)。通常管板周邊部分較窄的不布管區(qū)按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)形實(shí)心板。由于不布管區(qū)的存在，管板邊緣的應(yīng)力下降；c.不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器，管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具