管殼式換熱器課件(同名1585)

殼程結(jié)構(gòu)1、防沖擋板和導(dǎo)流筒2、折流板折流板的布置原則1、折流板一般應(yīng)等距布置，盡量靠近殼程進(jìn)出口接管。2、折流板最小間距應(yīng)不小于殼體內(nèi)直徑的1/5，且不小于50mm，最大間距應(yīng)不大于殼體內(nèi)直徑。3、折流板管孔與換熱管間隙、折流板與殼體內(nèi)壁間隙不能太大或太小。4、弓形折流板缺口弦高一般?。?.20~0.45）Di，通常取0.25Di。5、支持板形狀與尺寸按折流板設(shè)計(jì)。折流板的安裝d≤14mm時(shí)折流桿F3、

殼

程

流

路DN≤500mm時(shí)，設(shè)一對(duì)旁路擋板。DN=500mm~1000時(shí)，設(shè)兩對(duì)旁路擋板。DN≥1000mm時(shí)，設(shè)三對(duì)旁路擋板。4、防短路結(jié)構(gòu)每隔3~4排換熱管設(shè)置一根擋管，折流板缺口處不設(shè)擋管。管中間擋板一般與折流板點(diǎn)焊固定，其數(shù)量不宜多于4塊。DN≤500mm時(shí)，設(shè)一塊擋板。DN=500mm~1000時(shí)，設(shè)兩塊擋板。DN≥1000mm時(shí)，設(shè)不少于三塊擋板。對(duì)分流雙分流殼程分程6.2.3管板設(shè)計(jì)GB151《管殼式換熱器》1、影響管板強(qiáng)度計(jì)算的因素（1）管束對(duì)管板的約束作用（2）管孔對(duì)管板的削弱作用（3）管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響（4）管板邊緣的支承形式和連接結(jié)構(gòu)（5）法蘭力距對(duì)管板應(yīng)力的影響（1）把管板當(dāng)作周邊支承、承受均布載荷作用的實(shí)心圓平板，應(yīng)用平板理論得到圓平板最大彎曲應(yīng)力，加入修正系數(shù)考慮管孔的削弱作用。這種設(shè)計(jì)方法對(duì)管板作了很大程度的簡(jiǎn)化，是一種半徑驗(yàn)公式，美國(guó)TEMA標(biāo)準(zhǔn)。2、管板強(qiáng)度計(jì)算的基本假設(shè)（2）把管板當(dāng)作承受管束支承的固定圓平板，管板厚度取決于無(wú)管子支承區(qū)域的管板面積。這種方法適用于各種薄管板的強(qiáng)度校核及厚度計(jì)算。（3）把管板視為在廣義彈性基礎(chǔ)上承受均布載荷作用的多孔圓平板，即把實(shí)際的管板簡(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。根據(jù)載荷大小、管束剛度和周邊支承情況來(lái)確定管板的彎曲應(yīng)力。目前我國(guó)換熱器計(jì)算采用第三種方法。

3、

管

板

受

力

分

析管板危險(xiǎn)截面環(huán)形不布管區(qū)外緣環(huán)形不布管區(qū)內(nèi)緣圓形布管區(qū)最大徑向彎矩處危險(xiǎn)工況組合Pt≠0，PS=0，△t=0σmax≤1.5[σ]tPS≠0，Pt=0，△t≠0Smax≤3SmPS≠0，Pt=0，△t=0σmax≤1.5[σ]tPt≠0，PS=0，△t≠0Smax≤3Sm增加管板厚度降低殼體軸向剛度4、管板應(yīng)力的調(diào)整5、薄管板設(shè)計(jì)查表6-4確定或按JB/T6917《制冷裝置用壓力容器》6.2.4膨脹節(jié)設(shè)計(jì)

設(shè)置膨脹節(jié)的作用：（1）膨脹節(jié)是撓性構(gòu)件，其軸向柔度大，在不大的軸向力作用下，可產(chǎn)生較大的軸向變形，可以有效地減小殼體和換熱管由于溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力及換熱管與殼體上的軸向應(yīng)力。（2）防止管子與管板連接處被拉脫。膨脹節(jié)的形式判斷是否需要設(shè)置膨脹節(jié)膨脹節(jié)的尺寸設(shè)計(jì)膨脹節(jié)的應(yīng)力計(jì)算和強(qiáng)度校核GB16749《壓力容器波形膨脹節(jié)》膨脹節(jié)的計(jì)算6.2.5管束的振動(dòng)和防振縱向流誘振橫向流誘振振動(dòng)產(chǎn)生的不利后果機(jī)械失效噪音管子與管板連接處發(fā)生泄漏管子發(fā)生嚴(yán)重彎曲；交變應(yīng)力導(dǎo)致管子發(fā)生疲勞破壞；換熱管的摩擦和碰撞；管子通過(guò)折流板處的自鋸作用；殼程流體壓力將增大；產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪音（通常大于150分貝）卡曼渦街流體彈性激振流體彈性激振的特點(diǎn)自激性（1）殼程流體的流速達(dá)到或超過(guò)臨界流速（2）有其它的激振機(jī)理存在流體彈性激振的條件湍流顫振湍流顫振主頻率與換熱管自振頻率相等時(shí)會(huì)引起換熱管共振聲振動(dòng)關(guān)于聲振動(dòng)應(yīng)注意的幾點(diǎn)（1）由于聲振強(qiáng)度隨殼程流體流速的增大而增大，但達(dá)到共振點(diǎn)以后，會(huì)隨殼程流體流速的增大而減小，所以聲振強(qiáng)度不會(huì)無(wú)限制地增大。（2）殼程流體的物理性質(zhì)決定聲速，殼程流體為液體時(shí)，由于聲音在液體中傳播速度很高，很少會(huì)發(fā)生聲振動(dòng)。（3）聲振動(dòng)在順排管中比在錯(cuò)排管中更容易發(fā)生，在轉(zhuǎn)角正方形排列的管束中最容易發(fā)生。射流轉(zhuǎn)換節(jié)徑比≤1.5橫流速度較低時(shí)卡曼渦街聲振動(dòng)橫流速度較高時(shí)流體彈性激振橫流速度很高時(shí)射流轉(zhuǎn)換（1）改變流速（流量↓，管間距↑）。（2）改變管子固有頻率。

①減小跨距。②管子間插入桿狀物或板條。③增大管子的強(qiáng)度和剛度（如增大壁厚）。④增大管子支承的強(qiáng)度和剛度（如增大折流板的厚度、采用折流桿等）。

（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?。防振措?.管子固有頻率

3.防振措施6.2.6設(shè)計(jì)方法和工藝計(jì)算換熱器設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳熱計(jì)算及壓降計(jì)算等。設(shè)計(jì)主要包括殼體型式、管程數(shù)、換熱管類(lèi)型、管長(zhǎng)、管子排列、管子支承結(jié)構(gòu)（如折流板結(jié)構(gòu)等）、冷熱流體的流動(dòng)通道、工藝設(shè)計(jì)和封頭、殼體、管板等零部件的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。

換熱器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的不同可分為設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算兩種，包括計(jì)算換熱面積和選型兩個(gè)方面。管殼式換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算步驟圖6-30傳熱方程式Q=KA△tm§6-3

傳熱強(qiáng)化技術(shù)1、增大傳熱面積新型換熱器小直徑管翅片結(jié)構(gòu)強(qiáng)化傳熱的途徑2、加大平均溫差逆流換熱3、提高傳熱系數(shù)選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料擴(kuò)展表面管程分程防止結(jié)垢并及時(shí)除垢主動(dòng)強(qiáng)化（有源強(qiáng)化）被動(dòng)強(qiáng)化（無(wú)源強(qiáng)化）螺旋槽管槽管傳熱強(qiáng)化舉例螺旋翅片管翅片結(jié)構(gòu)不適用于：高表面張力的液體冷凝含有大量固體顆粒的流體易結(jié)垢的流體其它形狀換熱管采用折流桿代替折流板采用新型折流板結(jié)構(gòu)改變管子外形或在管子外加翅片殼程分程殼程強(qiáng)化傳熱余熱鍋爐——余熱鍋爐是利用工業(yè)生產(chǎn)中的余熱來(lái)生產(chǎn)蒸汽的一種換熱設(shè)備。廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金等工業(yè)部門(mén)。余熱鍋爐的作用滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)的需要提高熱能總利用率，節(jié)約一次能源消耗消除環(huán)境污染，減少公害作用：補(bǔ)充1：余熱鍋爐什么是鍋爐？燃煤鍋爐

燃油鍋爐

燃?xì)忮仩t

6.3.2余熱鍋爐的基本特點(diǎn)

與鍋爐基本相似，通常由省熱器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器等部件組成。無(wú)燃燒裝置。結(jié)構(gòu)形式多種多樣熱源廣，介質(zhì)多種多樣，有些主體設(shè)備與輔助設(shè)備分散安裝在工藝流程的不同位置。操作不穩(wěn)定受到余熱源熱負(fù)荷波動(dòng)的影響。有些水側(cè)、氣側(cè)均處于高溫、高壓條件下。6.3余熱鍋爐

1.管殼式余熱鍋爐：由鍋筒、管子及金屬殼體組成。結(jié)構(gòu)緊湊、單位換熱面積的金屬消耗較少，適應(yīng)的介質(zhì)和操作條件較廣泛。

2.煙道式余熱鍋爐：與燃燒爐類(lèi)似。在硫酸工業(yè)應(yīng)用較廣。煙氣的含塵量高，受熱面磨損嚴(yán)重，腐蝕嚴(yán)重。6.3.3余熱鍋爐的基本結(jié)構(gòu)

6.3余熱鍋爐（1）殼體和管箱的壁厚計(jì)算（2）換熱管與管板連接處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（3）殼體與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（4）管板厚度計(jì)算（5）折流板、支持板等零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（6

換熱管與殼體在介質(zhì)壓力和溫差聯(lián)合作用下的應(yīng)力計(jì)算（7）管子拉脫力和穩(wěn)定性校核（8）判斷是否需要設(shè)置膨脹節(jié)，如果需要，則選擇膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)形式及基本尺寸；（9）

膨脹節(jié)的應(yīng)力計(jì)算及校核（10）接管、法蘭、支座等的選擇；開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)及計(jì)算等；（11）換熱器的振動(dòng)與防振如果選用換熱器，則應(yīng)進(jìn)行壓力降、傳熱面積及溫差應(yīng)力校核等方面的計(jì)算。補(bǔ)充2：管殼式換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算步驟一單程固定管板式換熱器，設(shè)計(jì)壓力為0.9MPa，殼體直徑Di=1000mm。操作時(shí)管壁溫度為300℃，殼壁溫度為250℃，[σ]250=110MPa，[σ]300=101MPa。換熱管采用φ25×2.5mm無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度L=3000mm，腐蝕裕量C2=3mm，要求換熱面積為151.5m2。（1）計(jì)算所需換熱管根數(shù)（2）計(jì)算換熱器殼體壁厚作業(yè)1、換熱管與管板有哪幾種連