演示文稿第七章管殼式換熱器的機械設計

（優(yōu)選）第七章管殼式換熱器的機械設計目前一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點（1）換熱器是許多工業(yè)部門廣泛應用的通用工藝設備。在化工廠的建設中，換熱器約占總投資的11％～40％。（2）根據(jù)不同的目的，換熱器可以是熱交換器、加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器等。（3）衡量一臺換熱器好壞的標準：傳熱效率高，流體阻力小，強度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，節(jié)省材料，成本低，制造、安裝、檢修方便。（4）任何一種換熱器不可能十全十美。第一節(jié)概論概述：目前二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

板式換熱器傳熱效率高、金屬消耗量低，但流體阻力大、強度和剛度差，制造、維修困難。

列管式換熱器雖在傳熱效率、緊湊性、金屬消耗量等方面均不如板式換熱器，但其結(jié)構(gòu)堅固、可靠程度高、適應性強、材料范圍廣。因而目前仍是石油、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。概述：第一節(jié)概論目前三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點管殼式換熱器是把換熱管束與管板連接后，再用筒體與管箱包起來，形成兩個獨立的空間：管內(nèi)通道及與其相貫通的管箱，稱為管程空間；換熱管外的通道及與其貫通的部分，稱為殼程空間。一、管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及主要零部件目前四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點1—分程隔板2—管程接管3—管箱殼體4—管箱法蘭5—殼程接管（出口）6—膨脹節(jié)7—折流板或支承板8—換熱管9—管板10—雙頭螺柱11—螺母12—管箱排氣口13—管箱封頭14—管箱排凈口15—防沖板16—殼程接管（進口）17—殼程筒體18—膨脹節(jié)排凈口19—拉桿20—鞍式支座21—殼程排凈口22—管箱墊片23—管程接管目前五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點1列管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)：目前六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點1列管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)：目前七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2列管式換熱器的工作原理：列管式換熱器目前八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點一、管殼式換熱器的分類從結(jié)構(gòu)上分固定管板式換熱器浮頭式換熱器U形管式換熱器填料函式換熱器目前九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

1、固定管板式換熱器1）、結(jié)構(gòu)特點：兩塊管板均與殼體相焊接（加入了熱補償原件——膨脹節(jié)）。2）、適用場合：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合。3)、優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較簡單，造價較低。4）、缺點：管外清洗困難，管、殼間有溫差應力。一、管殼式換熱器的分類目前十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點（一）固定管板式換熱器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。缺點：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應力。圖7-4固定管板式換熱器一、管殼式換熱器的分類目前十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點為減少熱應力，通常在固定管板式換熱器中設置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。圖7-5帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器適用場合：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合。目前十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點補償圈補償：在外殼上焊上一個補償圈。當外殼和管子熱脹冷縮時，補償圈發(fā)生彈性形變，達到補償?shù)哪康?。當流體為高溫換熱時，由于殼體和管束因溫差相差太大，引起不同的熱膨脹率，補償器就是為了消除這種熱應力。目前十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點當殼體和管子之間的溫差較大(60∽70℃)且殼體承受壓力不太高時，可采用補償圈（膨脹節(jié)）。補償圈補償-----固定管板式換熱器目前十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點特點2.浮頭式換熱器1）結(jié)構(gòu)復雜，制造成本高；2）在殼體直徑相同時，排管數(shù)量少，換熱面積??；3）浮頭處發(fā)生內(nèi)漏不易發(fā)現(xiàn)；4）換熱管束與殼體之間的環(huán)隙大，傳熱效率低；5）管束可以抽出，便于清洗；6）管殼間不產(chǎn)生溫差應力，可適用于高溫差、粘度大介質(zhì)換熱場合。目前十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點優(yōu)點：管內(nèi)和管間清洗方便，不會產(chǎn)生熱應力。缺點：結(jié)構(gòu)復雜，設備笨重，造價高，浮頭端小蓋在操作中無法檢查。適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易結(jié)垢的場合。圖7-6浮頭式換熱器看二維圖目前十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點浮頭補償：換熱器兩端管板之一不固定在外殼上（此端稱為浮頭），當管子受熱或受冷時，連同浮頭一起自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。目前十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點目前十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

3、U形管式換熱器結(jié)構(gòu)特點1.只有一個管板，結(jié)構(gòu)簡單；2.管子可以抽出，管間易清洗；3.管子可以自由膨脹；4.管內(nèi)不便清洗，不易更換；5.結(jié)構(gòu)不緊湊。U型管式換熱器結(jié)構(gòu)圖目前十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2）適用場合：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。U型管式換熱管箱器結(jié)構(gòu)圖U型換熱管結(jié)構(gòu)圖

3、U形管式換熱器目前二十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點U形管補償：將管子兩端都固定在同一管板上，每根管子可以自由伸縮，與其他管子和外殼無關(guān)。目前二十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點4、填料函式換熱器1）、結(jié)構(gòu)特點：該換熱器的結(jié)構(gòu)與浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)相似，只是浮頭伸到了殼體外，浮頭與殼體之間采取填料函密封。填料函式密封填料函式換熱器一、管殼式換熱器的分類目前二十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價低，管內(nèi)和管間清洗方便。

缺點：填料處易泄漏。適用場合：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。填料函式密封圖7-9填料函式換熱器目前二十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點列管式換熱器種類優(yōu)

點缺

點固定管板式結(jié)構(gòu)較簡單，造價較低，相對其它列管式換熱器其管板最薄。管外清洗困難；管殼間有溫差應力存在；當兩種介質(zhì)溫差較大時必須設置膨脹節(jié)。浮頭式一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動；管殼間不產(chǎn)生溫差應力；管束可抽出，便于清洗。結(jié)構(gòu)較復雜，金屬耗量較大；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查；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；造價比浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時發(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。目前二十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

此外還應考慮接管、接管法蘭選擇及開孔補強等。二、管殼式換熱器機械設計內(nèi)容（一）工藝計算

選型；確定管、殼程；通過化工工藝計算，確定換熱器的傳熱面積，同時選擇管徑、管長，決定管數(shù)、管程數(shù)和殼程數(shù)。（二）機械設計

1）殼體直徑的決定和殼體厚度的計算；2）換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；3）管板尺寸確定；4）折流板的選擇與計算；5）管子拉脫力的計算；6）溫差應力計算。目前二十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點一、換熱管的尺寸、規(guī)格及材料

第二節(jié)管子的選用及其與管扳的連接目前二十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點換熱管換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，主要通過管壁的內(nèi)外面進行傳熱，所以換熱管的形狀、尺寸和材料，對傳熱有很大的影響。

小管徑且管壁較薄的管子在相同的殼徑內(nèi)可以排列較多的管子，使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊，單位傳熱面積金屬耗量少，傳熱效率也稍高一些，但制造麻煩，且易結(jié)垢，不易清洗。

第二節(jié)管子的選用及其與管扳的連接目前二十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點一般對清潔流體用小直徑管子，粘性較大的或污染的流體采用大直徑管子。

我國管殼式換熱器常用換熱管為：

長度規(guī)格：1、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m，在煉油廠所用的換熱器中最常用的是6m管長。換熱管一般都用光管，為了強化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管及翅片管。換熱器的長度與公稱直徑之比，一般為4～25，常用的為6～10，立式換熱器多為4～6。

第二節(jié)管子的選用及其與管扳的連接目前二十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2、管子與管板的連接管子與管板的連接方法有：脹接、焊接、脹焊接結(jié)合等。1、脹接利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時產(chǎn)生彈性變形，取去脹管器后，管板與管子產(chǎn)生一定的擠壓力，貼在一起達到密封緊固連接的目的。（a）脹管前（b）脹管后脹管前后示意圖目前二十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點脹管結(jié)束后：

管板孔邊緣彈性回復，擠壓管端并貼緊。脹管過程發(fā)生：管子端部——塑性變形；管板孔邊緣——彈性變形。目前三十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計壓力≤4MPa，設計溫度≤300℃，管外徑＞14mm且無特殊要求的場合。要求：管板硬度>管子硬度，否則將管端退火后再脹接。液壓脹管器2、管子與管板的連接1、脹接目前三十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點二、管子與管板的連接1、脹接目前三十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點管板厚度較大時，為提高管子抗拉脫能力及增加密封性能，需要在管孔中開環(huán)形槽。二、管子與管板的連接1、脹接目前三十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點優(yōu)點：工藝簡單方便；

消除間隙——避免間隙腐蝕。缺點：溫度升高時，管端會發(fā)生松弛

——泄漏。適用條件：p≤4.0MPa,t≤300℃。注意：管端硬度＜管板硬度。為什麼？如何實現(xiàn)？目前三十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2、焊接

將換熱管的端部與管板焊在一起。優(yōu)點：在高溫高壓條件下，焊接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時，工藝較脹接簡單，壓力較低時可使用較薄的管板。缺點：在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應力可能造成應力腐蝕開裂和疲勞破裂，同時管子、管板間存在間隙，易出現(xiàn)“縫隙腐蝕”。管板換熱管間隙換熱管焊接示意圖二、管子與管板的連接目前三十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點圖7-17焊接接頭的結(jié)構(gòu)(a)c(c)(b)(d)目前三十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點3、脹焊并用脹焊并用連接主要有：強度焊＋貼脹………………先焊后脹強度脹＋密封焊………………先脹后焊概念解釋：密封焊—不保證強度，只防漏；強度焊—既防漏，又保證抗拉脫強度；貼脹—只消除間隙，不承擔拉脫力；強度脹—既消除間隙，又滿足脹接強度。主要優(yōu)點：連接緊密，提高抗疲勞能力；消除間隙腐蝕和應力腐蝕；提高使用壽命。目前三十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學說仍處于爭議之中。

先焊后脹脹接使用的潤滑油，在焊接時形成氣體，惡化焊縫質(zhì)量控制脹管過程先脹后焊脹接使管壁緊貼管板孔壁，可防止產(chǎn)生裂紋不使用潤滑油目前三十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點一、換熱管排列形式有正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正方形、同心圓等。流體流動方向流體流動方向正三角形轉(zhuǎn)角正三角形1、三角形排列第三節(jié)管板結(jié)構(gòu)目前三十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

正三角形最普遍，在相同的管板面積上排管最多，結(jié)構(gòu)緊湊，但管外清洗不方便；目前四十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點管板焊接管口目前四十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點流體流動方向流體流動方向正方形轉(zhuǎn)角正方形正方形排管少，結(jié)構(gòu)不夠緊湊,但管外清洗較方便。一般在固定管板式換熱器中多用三角形排列，浮頭式換熱器、填料函式換熱器中多用正方形排列。2、正方形排列一、換熱管排列形式目前四十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點正三角形與轉(zhuǎn)角正方形排列時，流體在垂直流向拆流板缺口時，正對換熱管，沖刷換熱管外表面，可提高換熱效果。同時，此二種排列方式較轉(zhuǎn)角正三角形和正方形排列的流體通道截面小，有利于提高流速，提高換熱效率。流體流動方向轉(zhuǎn)角正方形流體流動方向正三角形隆重排薦一、換熱管排列形式目前四十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點二、管間距管間距：管板上兩換熱管中心的距離。管間距用s表示，多程換熱器分程隔板兩側(cè)管間距應加大，用sn表示。管間距影響管板強度與殼程阻力、換熱器外形尺寸等。目前四十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點三、管板受力及其設計方法簡介

1、影響管板應力大小的因素：①管板自身的直徑、厚度、材料強度、使用溫度等；②管束對管板的支承作用。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；③管孔的存在．削弱了管板的強度和剛度，使管孔邊緣產(chǎn)生峰值應力。但管板孔內(nèi)的管子能增加管板的強度和剛度，抵消了一部分峰值應力。

④管板外邊緣的固定形式有夾持、簡支、半夾持等。管板邊界條件不同．管板應力狀態(tài)不同。⑤由于管壁與殼壁溫度的差異等，在管板內(nèi)產(chǎn)生溫差應力。⑥其他：如管板兼做法蘭時，擰緊法蘭螺拴，在管板上產(chǎn)生附加彎矩。折流板間距、最大壓力作用位置等對管板應力產(chǎn)生影響。目前四十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點三、管板受力及其設計方法簡介管板厚度的設計方法：

①將管板當作受均布載荷的實心圓板，以彈性理論得到的圓平板最大彎曲應力為主要依據(jù)，加入管板開孔削弱和管束的實際支承作用的修正系數(shù)。②將管束當作彈性支承，而管板則作為放置于這一彈性基礎(chǔ)上的圓平板，然后根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支撐情況來確定管板的彎曲應力。特點是計算比較精確。③取管板上相鄰四根管子之間的菱形面積，按彈性理論求此面積在均布壓力作用下的最大彎曲應力。僅用于粗略計算。

我國《管殼式換熱器》設計規(guī)定中采用第2種方法。目前四十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點四、管板及管程的分程

列管式換熱器的管板所受裁荷除管程與殼程壓力之外，還承受管壁與殼壁的溫差引起的變形不協(xié)調(diào)作用。固定式管板受力情況較復雜，影響管板應力大小有如下因素：①管板自身的Di、δ、材料強度、使用溫度等對管板應力有顯著的影響；②管束對管板的支承作用。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。在進行受力分析時，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。1、管板受力特點目前四十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點③管孔對管板強度和剛度的影響。管孔的存在，削弱了管板的強度和剛度，同時管孔邊緣產(chǎn)生峰值應力。當管子與管板連接之后，管板孔內(nèi)的管子又能增加管扳的強度和剛度，而且也抵消了一部分峰值應力。④管板周邊支承形式的影響。管板邊界條件不同，管板應力狀態(tài)也是不一樣的。管板外邊緣有不同的固定形式，如夾持、簡支、半夾持等。這些不同的固定形式對管板應力產(chǎn)生不同程度的影響。⑤溫度對管板的影響。由于管壁與殼壁溫度的差異，各自的變形量也不同，這不僅使管子和殼體的應力有顯著增加，而且使管板應力有很大的增加，同時，由于管板的上下表面接觸不同溫度的介質(zhì)，使上下表面溫度不同，亦會在管板內(nèi)產(chǎn)生溫差應力。目前四十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點⑥當管板兼做法蘭時，擰緊法蘭螺栓，在管板上又會產(chǎn)生附加彎矩，折流板間距、最大壓力作用位置等也都對管板應力有影響。四、管板及管程的分程目前四十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2、管板厚度的設計方法管板厚度設計方法有如下幾種:①將管板當作受均布載荷的實心圓板，以按彈性理論得到的圓平板最大彎曲應力為主要依據(jù)，加入適當?shù)男拚禂?shù)來考慮管板開孔削弱和管束的實際支承作用。這種設計方法對管板作了很大簡化，因而是一種半經(jīng)驗公式。但由于公式計算簡便，同時又有長期使用經(jīng)驗，結(jié)果比較安全，因而不少國家的管板厚度設計公式仍以此作為基礎(chǔ)。四、管板及管程的分程目前五十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點②將管束當作彈性支承，而管板則作為放置于這一彈性基礎(chǔ)上的圓平板，然后根據(jù)載荷大小、管束的剛度及周邊支承情況來確定管板的彎曲應力。由于它比較全面地考慮了管束的支承和溫差的影響，因而計算比較準確，但計算公式較多，計算過程也較繁雜。在計算機普遍應用的今天，是一種有效的設計方法。③取管板上相鄰四根管子之間的菱形面積，按彈性理論求此面積在均布壓力作用下的最大彎曲應力。由于此法與管板實際受載情況相差甚大，所以僅用于粗略計算。

我國《鋼制管殼式換熱器設計規(guī)定》中采用的是上述第2種方法。目前五十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點3、管程的分程

當換熱器所需的換熱面積較大，可增加管子長度或增加管子的數(shù)目。

增加管長是有限度的，一般不超過6m。增加管子數(shù)量則要保證管內(nèi)流體有一定的流速，流速太低，傳熱效果則較差。此時為了增加管程流速，提高傳熱效率，須將管束分程，使流體依次流過各程管子。為什么要分程？？目前五十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點目前五十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點目前五十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點（1）各程換熱管數(shù)應大致相同；（2）相鄰程間平均壁溫差一般不應超過28℃；（3）各程間的密封長度應最短；（4）分程隔板的形狀應簡單。為了把換熱器做成多管程，可在流道室(管箱)中安裝與管子中心線相平行的分程隔板，管程數(shù)一般有1，2，4，6，8，10，12等七種，對于各種程數(shù)的分程方法，可采用不同組合形式，但必須滿足以下幾條:3、管程的分程目前五十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點3、管程的分程分程隔板與管板及封頭的連接

分程隔板有單層和雙層兩種。單層隔板與管板的密封結(jié)構(gòu)圖所示。隔板的密封面寬度應為隔板厚度加2mm。隔板材料應與封頭材料相同。目前五十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

雙層隔板的結(jié)構(gòu)如圖。雙層隔板有隔熱空間，可防止熱流短路（即不使已冷或已加熱的流體被剛進入的熱或冷流體經(jīng)隔板而再被加熱或冷卻）。目前五十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點4、管板與殼體的連接

列管式換熱器管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)分為可拆式與不可拆式兩類。固定管板式換熱器的管板與殼體間采用不可拆的焊接連接，而浮頭式、U形管式和填料函式換熱器的管板采用可拆式連接。目前五十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)1、固定管板式換熱器管板與殼體的連接目前五十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)1、固定管板式換熱器管板與殼體的連接殼程介質(zhì)有間隙腐蝕時采用目前六十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)1、固定管板式換熱器管板與殼體的連接殼程介質(zhì)無間隙腐蝕時采用殼程介質(zhì)有間隙腐蝕時采用目前六十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點兼做法蘭時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)1、固定管板式換熱器管板與殼體的連接目前六十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點管板不作法蘭時連接結(jié)構(gòu)如圖。由于法蘭力矩不作用在管板上，改善了管板受力情況。五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)1、固定管板式換熱器管板與殼體的連接目前六十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)1、固定管板式換熱器管板與殼體的連接目前六十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2、浮頭式、U形管式及填料函式換熱器固定端管板與殼體的連接由于管束要從殼體中抽出，進行清洗，故將管板做成可拆連接。管板夾于殼體法蘭和頂蓋法蘭之間，卸下頂蓋可把管板同管束從殼體中一起抽出來。五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)目前六十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2、浮頭式、U形管式及填料函式換熱器固定端管板與殼體的連接五、管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)目前六十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點3、管板上的拉桿孔目前六十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點在對流傳熱的換熱器中，為提高殼程內(nèi)流體的流速和加強湍流程度——提高傳熱效率，在殼程內(nèi)裝置折流板。折流板還起支撐換熱管的作用。當工藝上無裝折流板的要求，管子比較細長時，應該考慮有一定數(shù)量的支承板——便于安裝和防止管子變形過大。

折流板和支承板可分為橫向和縱向兩種。前者使流體橫過管束流動；后者使管間的流體平行流過管束。第四節(jié)折流板、支承扳、旁路擋板及攔液扳的作用與結(jié)構(gòu)一、折流板及支承板目前六十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

折流板和支承板可分為橫向和縱向兩種。前者使流體橫過管束流動；后者使管間的流體平行流過管束。折流板作用：①提高殼程內(nèi)流體的流速；②加強湍流強度；③提高傳熱效率；④支撐換熱管。（當工藝上無折流板要求而管子較細長時，應考慮有一定數(shù)量的支承板，以便安裝和防止管子變形；支撐板的尺寸、形狀可與折流板相同。）目前六十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

設置在殼體內(nèi)與管束垂直的弓形或圓盤－圓環(huán)形平板，安裝折流板使殼程流體按照規(guī)定的路徑多次橫向穿過管束，既提高了流速又增加了湍流速度，改善了傳熱效果。臥式換熱器中折流板還可起到支撐管束的作用。常用的折流擋板：單弓形、雙弓形、三弓形和盤—圓環(huán)形。單弓形折流擋板對介質(zhì)流向的影響:1、橫向折流板一、折流板及支承板目前七十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點盤—環(huán)形折流擋板對介質(zhì)流向的影響一、折流板及支承板1、橫向折流板目前七十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點1、橫向折流板目前七十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點一、折流板及支承板1、橫向折流板目前七十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點弓形折流板用得較普遍，它使流體只經(jīng)折流板切去的圓缺部分而垂直流過管束，流動中死區(qū)較少。弓形折流板缺口高度應使流體通過缺口時與橫過管束時的流速相近。缺口高度h=（0.2~0.45）Di一、折流板及支承板目前七十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

橫向折流板和支承板的厚度與殼體直徑和折流板間距有關(guān)，對換熱器的振動也有影響。其最小厚度按標準選取。當殼程流體有脈動或用作浮頭式換熱器浮頭端的支承板時，則厚度必須予以特別考慮。橫向折流板的尺寸-厚度目前七十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點折流板按等間距布置，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、出口接管。臥式換熱器的殼程為單相清潔流體時，折流板缺口應水平上下布置，若氣體中含有少量液體時，則應在缺口朝上的折流板的最低處開通液口；若液體中含有少量氣體時，則應在缺口朝下的折流板最高處開通氣口。臥式換熱器、冷凝器和再沸器的殼程介質(zhì)為氣、液相共存或液體中含有固體物料時，折流板缺口應垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口。橫向折流板的間距目前七十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點折流板缺口布置臥式熱交換器的殼程為單相清潔流體時,折流板缺口宜水平上下布置;氣體中含有少量液體時,應在缺口朝上的折流板最低處開通液口,如圖a所示;液體中含有少量氣體時,應在缺口朝下的折流板最高處開通氣口，如圖b所示。臥式熱交換器、冷凝器和重沸器的殼程介質(zhì)為氣、液相共存或液體中含有固體顆粒時,折流板缺口應垂直左右布置;氣、液相共存時,應在折流板最低處和最高處開通液口和通氣口,如圖c所示;液體中含有固體顆粒時,應在折流板最低處開通液口,如圖d所示。目前七十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的1/5，且不小于50mm及相鄰兩塊折流板間距不得大于殼體內(nèi)直徑。特殊情況下也可取較小的間距。

最大無支撐跨距：橫向折流板的間距目前七十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當。

對圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對殼程流體的流動情況有重要影響。

a.切除過少b.切除適當c.切除過多我國系列標準中采用的擋板間距：

固定管板式有100，150，200，300，450，600，700mm七種

浮頭式有100，150，200，250，300，350，450（或480），600mm八種。1、橫向折流板目前七十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點折流板與殼體之間的間隙越小，殼程流體由此泄漏的量越少，傳熱效率越高。但間隙過小，給制造和安裝帶來困難。間隙的確定可參考下表。橫向折流板與殼體間隙1、橫向折流板目前八十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點折流板與支持板的固定折流板和支承板的固定是通過拉桿和定距管完成的。d≤14mm時目前八十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2、支持板當換熱器不需設折流板，但換熱管無支撐跨距超過相關(guān)規(guī)定時，則應設支持板，用來支撐換熱管，以防止換熱管產(chǎn)生過大的撓度。

浮頭式換熱器浮頭端宜設置加厚環(huán)板的支持板。目前八十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點3、縱向折流板-殼程分程對分流雙分流目前八十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點目前八十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點縱向隔板的密封目前八十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點4、防短路結(jié)構(gòu)——擋板

當殼體與管束之間存在較大間隙時，如浮頭式、U形管式和填料函式換熱器，可在管束上增設旁路擋板，以阻止流體短路，迫使殼程流體通過管束進行熱交換。旁路擋板可用6mm厚的扁鋼制成，采用對稱布置，每側(cè)為2～4塊。擋板加工成規(guī)則的長條狀，長度等于折流板或支承板的板間距，兩端焊在折流板或支承板上。DN≤500mm時，設一對旁路擋板。DN=500mm~1000時，設兩對旁路擋板。DN≥1000mm時，設三對旁路擋板。目前八十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點4、防短路結(jié)構(gòu)——擋管

擋管—兩端堵死的換熱管，設置于分程隔板槽背面兩管板之間，擋管與換熱管的規(guī)格相同，可與折流板點焊固定，也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。擋管應每隔3-4排換熱管設置一根，但不應設置在折流板缺口處。擋管伸出第一塊及最后一塊折流板或支持板的長度應不大于50mm,擋管應與任意一塊折流板焊接固定。目前八十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點4、防短路結(jié)構(gòu)——中間擋板（a）中間擋板設置在U形管束的中間通道處，并與折流板點焊固定（b）把最里面一排的U形彎管傾斜布置使中間通道變窄，同時加擋管以防止流體短路。目前八十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點5、排液孔與排氣孔換熱器殼程與管程的最高點要設排氣孔，以備試壓時排除氣體。

在最低點要設排液孔，以充分排除殘液。目前八十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點目前九十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點第五節(jié)溫差應力一、管壁與殼壁溫度差引起的溫差應力固定管板式換熱器的殼體與管子，在安裝溫度下，它們的長度均為L；當操作時，殼體和管子溫度都升高，若管壁溫度高于殼壁溫度，則管子自由伸長量δt和殼體自由伸長量δs：(a)(b)(c)Lstt=t(tt一t0)Ls=s(ts一t0)L目前九十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

溫差應力有時非常可觀的。嚴重時會引起殼體破壞或造成管子彎曲甚至被拉脫。為避免這種情況的發(fā)生，當溫差較大時可選用浮頭式、U形管式或填料函式換熱器。這幾種換熱器的造價較高，如果殼程不需清洗時，可在固定管板式換熱器上裝設膨脹節(jié)來消除或降低熱應力。一、管壁與殼壁溫度差引起的溫差應力目前九十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

換熱器在操作中，承受流體壓力和管殼壁的溫差應力的聯(lián)合作用．這兩個力在管子與管板的連接接頭處產(chǎn)生了一個拉脫力，使管子與管板有脫離的傾向。拉脫力的定義為管子每平方米脹接周邊上所受到的力，單位為帕。二、管子拉脫力的計算目前九十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點二、管子拉脫力的計算目前九十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

由溫差產(chǎn)生的管子周邊力與壓力產(chǎn)生的管子周邊力可能是同向或反向。管子的拉脫力為兩者的矢量和，其必須小于許用拉脫力[q]。二、管子拉脫力的計算目前九十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

消除溫差應力的主要方法是解決殼體與管束熱膨脹的不一致性，或消除殼體與管子間剛性約束，使殼體和管子都自由膨脹和收縮。

1、減少殼體與管束間的溫度差

可考慮將傳熱膜系數(shù)α大的流體通入管間空間，并對殼壁采取保溫。

2．裝設撓性構(gòu)件用得最多的是在固定管扳式換熱器的殼體上裝設波形膨脹節(jié)。三、溫差應力的補償

目前九十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點3．使殼體和管束自由熱膨脹(1)填料函式換熱器三、溫差應力的補償目前九十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點3．使殼體和管束自由熱膨脹

(2)浮頭式換熱器三、溫差應力的補償目前九十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點4．雙套管溫度補償三、溫差應力的補償目前九十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

溫差應力產(chǎn)生的原因是管與殼膨脹的不一致性和管與殼之間的剛性約束。消除或減小熱應力的措施就是減少管殼間的溫差，以降低膨脹的不一致性，或在殼體上設置膨脹節(jié)以削弱剛性約束，或采用自由膨脹結(jié)構(gòu)。四、膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)及設置目前一百頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器上的撓性元件，對管子與殼體的膨脹變形差進行補償，以此來消除或減小不利的溫差應力。四、膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)及設置目前一百零一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點1、膨脹節(jié)的基本形式及其特點

膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器上的撓性元件，對管子與殼體的膨脹變形差進行補償，以此減少或消除溫差應力。在換熱器中采用的膨脹節(jié)一般有三種型式：平板形、形和U形（1）平板形：制造容易，撓性差，適用于直徑大、溫差小及常壓低壓設備；目前一百零二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點（2）形：用薄壁管焊接而成，在焊接處易產(chǎn)生較大應力，且不易焊透，它適用于小直徑筒體或應力較小的場合；目前一百零三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點（3）U形：又稱波形膨脹節(jié)，可做成單層或多層，多層比單層優(yōu)點多，如彈性大、靈敏度高、補償能力強、承壓能力及耐疲勞強度高、使用壽命長。U形膨脹節(jié)使用最為普遍。為了提高膨脹節(jié)的承壓能力，可在每一波形之間增加一個加強環(huán)。目前一百零四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點2、設置膨脹節(jié)的條件

判斷固定管板式換熱器是否需要設置膨脹節(jié)，要從管束與殼體的軸向強度、穩(wěn)定性及管子與管板連接處的拉脫力三方面考慮，任意一種失效均需設置膨脹節(jié)。若滿足下列條件之一者，必須設置膨脹節(jié)：（1）s>2[]ts;

s—殼體應力（2）t>2[]tt;t—管子應力（3）s<0，且|s|>B（4）管子拉脫力q>[q]。四、膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)及設置目前一百零五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點F1－由殼體和管子之間溫差引起的軸向力，N。F2－由殼程和管程壓力作用于殼體上的軸向力，N；

Q＝0.25[(D2i－nd2o)ps＋n(do－2St)2

pt]St－管子壁厚，mmF3－由殼程和管程壓力作用于管子上的軸向力，N目前一百零六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

（3）膨脹節(jié)的選用及設置

波形膨脹節(jié)的材料和尺寸可按GB16749—1997《壓力容器波形膨脹節(jié)》標準選用，冷作成型的鐵素體鋼膨脹節(jié)必須經(jīng)過消除應力處理。奧氏體鋼膨脹節(jié)冷作成型后通常不需要熱處理，熱作成型的奧氏體鋼膨脹節(jié)應進行固溶處理。波形膨脹節(jié)與換熱器殼體的連接，一般采用對接。膨脹節(jié)零件的環(huán)焊縫，以及膨脹節(jié)和殼體連接的環(huán)焊縫均采用可以焊透的焊接形式，并按與殼體相同的要求進行無損探傷。對臥式換熱器用的波形膨脹節(jié)，必須在其安裝位置的最低點設置排液孔，以便排凈殼體內(nèi)的殘留液體。為了減少膨脹節(jié)的磨損．防止振動及降低流體阻力等目的，可在膨脹節(jié)的內(nèi)側(cè)增設一內(nèi)襯筒。四、膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)及設置目前一百零七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

（3）膨脹節(jié)的選用及設置設計內(nèi)襯筒時應注意下列事項：①內(nèi)襯筒的厚度不小于2mm，且不大于膨脹節(jié)厚度；長度應超過膨脹節(jié)的曲線部分的軸向長度。②內(nèi)襯筒在迎著流體流動方向一端與殼體焊接。③對立式換熱器，殼程介質(zhì)為蒸汽或液體，且流動方向朝上時，應在內(nèi)襯筒下端設置排液孔道。④帶有內(nèi)襯筒的膨脹節(jié)與管束裝配時可能會有妨礙，在換熱器結(jié)構(gòu)設計時應考慮。四、膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)及設置目前一百零八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點

作用:將進入管程的流體均勻分布到各換熱管，把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還通過設置隔板起分隔作用。一、管箱第六節(jié)管箱與殼程接管目前一百零九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點(a)適用于較清潔介質(zhì)工況。檢查換熱管內(nèi)及清洗換熱管時，必須將連接管道一起拆下，很不方便。(b)在清洗換熱管內(nèi)時，僅將平蓋拆下，不必拆除連接管道，易清洗和檢查。目前一百一十頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點(c)將管箱與管板焊成一體?？杀苊庠诠馨迕芊馓幍男孤?，但管箱不能單獨拆下，檢修清洗不方便，很少采用。(d)多程隔板安置的一種形式。其接管安裝形式有多種。目前一百一十一頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點二、殼程接管為防止殼程進口接管處殼程流體對換熱管的直接沖刷，可設置殼程的防沖擋板進口接管目前一百一十二頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點板可焊在筒體上或焊在拉桿上，板可開孔，也可不開。目前一百一十三頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點在立式冷凝器中，為減薄管壁上的液膜而提高傳熱膜系數(shù)，推薦在冷凝器中裝置攔液板以起截攔液膜作用。攔液板目前一百一十四頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點擴大管二、殼程接管目前一百一十五頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點二、殼程接管目前一百一十六頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點二、殼程接管目前一百一十七頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點當殼體受軸向拉伸時，其強度條件：殼體壁厚的確定1.設計按壓力容器壁厚計算公式計算2.校核軸向應力（介質(zhì)應力與熱應力）公式？注：σs為殼體應力，并非屈服極限三、殼體目前一百一十八頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點選用、設計原則列管式（管殼式）換熱器選用目前一百一十九頁\總數(shù)一百三十二頁\編于十六點流速的選擇

流體在管程或殼程中的流速，不僅直接影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，而且影響污垢熱阻，從而影響傳熱系數(shù)的大小，特別對于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體，流速