管殼式換熱器課件

第7章管殼式換熱器第一節(jié)管殼式換熱器的總體結構第二節(jié)管殼式換熱器的主要零部件第三節(jié)管殼式換熱器的選用及設計流程第四節(jié)其它形式換熱器簡介第7章管殼式換熱器第一節(jié)管殼式換熱器的總體結構（1）換熱器是許多工業(yè)部門廣泛應用的通用工藝設備。通常，在化工廠的建設中，換熱器約占總投資的11％～40％。它的先進性、合理性和運轉可靠性將直接影響產品的質量、數(shù)量和成本。（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。第一節(jié)管殼式換熱器的總體結構一、概述（1）換熱器是許多工業(yè)部門廣泛應用的通用工藝設備。通常，在化（3）衡量一臺換熱器好壞的標準。c.可靠性滿足操作條件,強度足夠,保證使用壽命b.合理性a.先進性可制造加工，成本可接受傳熱效率高，流體阻力小，材料省c.可靠性滿足操作條件,強度足夠,保證使用壽命b.合理性

化工生產對換熱設備提出的要求是：傳熱效率高，流體阻力??；強度、剛度、穩(wěn)定性足夠；結構合理，節(jié)省材料，成本較低；制造、裝拆、檢修方便等?；どa對換熱設備提出的要求是：（4）任何一種換熱器不可能十全十美。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，但其結構堅固、可靠程度高、適應性強、材料范圍廣，因而目前仍是石油、化工生產中，尤其是高溫、高壓和大型換熱器的主要結構型式。第一節(jié)管殼式換熱器的總體結構一、概述（4）任何一種換熱器不可能十全十美。第一節(jié)管殼式換熱器的總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。二、管殼式換熱器的種類及其結構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1列管式換熱器的主要結構：1列管式換熱器的主要結構：管殼式換熱器ppt課件2列管式換熱器的工作原理：列管式換熱器2列管式換熱器的工作原理：列管式換熱器9

列管式換熱器的主要類型從結構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列管式換熱器的主要類型從結構上分固定管板式換熱器浮頭10固定管板式換熱器結構圖

(1)固定管板式換熱器固定管板式換熱器結構圖(1)固定管板式換熱器11帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器結構圖

(1)固定管板式換熱器帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器結構圖(1)固定管板式換熱器12

(1)固定管板式換熱器1）、結構特點：兩塊管板均與殼體相焊接，并加入了熱補償原件——膨脹節(jié)。2）、優(yōu)點：結構簡單、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。3）、缺點：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產生較大的熱應力。冷熱流體溫差不能太大（<50℃)4）、適用場合：適用于殼程介質清潔，不易結垢，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。(1)固定管板式換熱器13折流板：提高殼程流體的流速和湍動程度。隔板：增加管程數(shù)，提高管內流體流速。流速增加，傳熱效率提高；但流動的阻力也同時增加。折流板：提高殼程流體的流速和湍動程度。隔板：增加管程數(shù)，提高14膨脹節(jié)的作用：由于兩塊管板都與殼體固定，當殼體、換熱管受熱、受壓都會發(fā)生變形，加入膨脹節(jié)減少熱應力來吸收熱膨脹差。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（又稱膨脹節(jié)）。膨脹節(jié)的作用：由于兩塊管板都與殼體固定，當殼體、換熱管受熱、15管殼式換熱器ppt課件16(2)浮頭式換熱器(2)浮頭式換熱器17浮頭式換熱器結構圖(2)浮頭式換熱器浮頭式換熱器結構圖(2)浮頭式換熱器18(2)浮頭式換熱器浮頭結構圖1—浮動管板2—浮頭鉤圈法蘭相連3—浮頭蓋(2)浮頭式換熱器浮頭結構圖1—浮動管板2—19管殼式換熱器ppt課件201）結構復雜，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）管殼間不產生溫差應力，可適用于高溫差、粘度大介質換熱場合。煉油廠廣泛采用！1）結構復雜，制造成本高；煉油廠廣泛采用！21(3)U型管式換熱器：(3)U型管式換熱器：22(3)U型管式換熱器：(3)U型管式換熱器：23

(3)U形管式換熱器U型管式換熱器的特點：優(yōu)點：管子在管殼內自由伸縮，適于冷熱流體溫差較大的情況；U型換熱管可拉出殼外，便于管外清洗；結構簡單（只有一塊管板，無后管板和浮頭），耐高溫高壓。缺點：管內清洗困難，難于安裝折流板；換熱管少（等殼徑情況下），結構不緊湊。(3)U形管式換熱器U型管式換熱器的特點：優(yōu)點：管子在管242）、適用場合：特別適用于管內走清潔而不易結垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。U型管式換熱管箱器結構圖U型換熱管結構圖2）、適用場合：特別適用于管內走清潔而不易結垢的高溫、高壓25(4)填料函式換熱器1）、結構特點：該換熱器的結構與浮頭式換熱器的結構相似，只是浮頭伸到了殼體外，斧頭與殼體之間采取填料函式密封。填料函式密封填料函式換熱器(4)填料函式換熱器1）、結構特點：該換熱器的結構與浮26管殼式換熱器ppt課件272）、優(yōu)點：結構簡單，加工制造方便，造價低，管內和管間清洗方便。3）、缺點：填料處易泄漏。4）、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，使用溫度受填料的物性限制。2）、優(yōu)點：結構簡單，加工制造方便，造價低，管內和管間清洗方28列管式換熱器種類優(yōu)點缺點固定管板式結構較簡單，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移動；管殼間不產生溫差應力；管束可抽出，便于清洗。結構較復雜，金屬耗量較大；浮頭處發(fā)生內漏時不便檢查；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)。殼程內介質有外漏的可能；殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質。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。管內不便清洗；管板上布管少，結構不緊湊，管外介質易短路，影響傳熱效果；內層管子損壞后不易更換。列管式換熱器優(yōu)點缺點固定管板式結構較簡單29換熱器構件名稱1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法蘭;3-設備法蘭;4-管板;5-殼程接管;6-拉桿;7-膨脹節(jié);8-殼體;9-換熱管;10-排氣管;11-吊耳;12-封頭;13-頂絲;14-雙頭螺柱;15-螺母;16-墊片;17-防沖板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉桿螺母;21-支座;22-排液管;23-管箱殼體;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱蓋根據(jù)我們前面學習的內容，請說說序號2、3、8、12、21各代表什么零件？30換熱器構件名稱1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法蘭;3第二節(jié)管殼式換熱器的主要零部件一、殼體（一）固定管板式換熱器中軸向內力分析與計算（二）殼體壁厚的確定提示：本節(jié)將介紹管殼式換熱器殼體設計、換熱管選擇、管板、管箱、折流板及其相關聯(lián)接形式等主要零部件的結構設計等。第二節(jié)管殼式換熱器的主要零部件一、殼體（一）固定管板式換熱31（一）固定管板式換熱器中軸向內力分析與計算殼體與管束通過管板剛性連接在一起，它與一般容器殼體不同之處是，在確定其厚度時要驗算其軸向應力。截面法：力平衡變形協(xié)調方程(Es≈Eb)∴1.由介質內壓引起的軸向力（一）固定管板式換熱器中軸向內力分析與計算截面法：力平衡變形32從計算結果可以看出，固定管板式換熱器的殼體，在承受介質內壓時，由于有管束的幫助，其軸向應力比一般容器還要小，所以由內壓引起的軸向應力在總的軸向應力中占的比例很小，主要需要考慮的是下面要討論的熱應力。殼體與管壁內軸向應力的計算從計算結果可以看出，固定管板式換熱器33（一）固定管板式換熱器中軸向內力分析與計算2.由管束與殼體溫差引起的熱應力(a)(b)(c)L

s

t

t=t(tt一t0)L

s=s(ts一t0)L（一）固定管板式換熱器中軸向內力分析與計算2.由管束與殼體溫34溫差應力的產生：2.由管束與殼體溫差引起的熱應力35溫差應力的產生：2.由管束與殼體溫差引起的熱應力353636管子拉脫力的計算

——限于管子與管板脹接情況。1）.介質壓力和溫差力對管板的作用：假設管壁溫度＞殼壁溫度37管子拉脫力的計算

——限于管子與管板脹接情況。1）.介質壓力2）.拉脫力的計算計算的目的：保證脹接接頭的牢固連接和良好的密封性。拉脫力定義：管子每平方米脹接周邊上所受的力，單位為帕。引起拉脫力的因素為：操作壓力和溫差力。（1）操作壓力引起的拉脫力qp:介質壓力作用的面積f如圖示382）.拉脫力的計算計算的目的：保證脹接接頭的牢固連接和良好的介質壓力p，取管程壓力和殼程壓力兩者中的較大者。管子外徑為d0

；管子脹接長度為l。則拉脫力為：（2）溫差力引起的拉脫力qt：每根管承受溫差力為σt×at。則拉脫力為：（3）合拉脫力：兩者使管子受力方向相同—取之和；兩者使管子受力方向相反—取之差。39介質壓力p，取管程壓力和殼程壓力兩者中的較大者。（2）溫差力（4）拉脫力判據(jù)：計算合拉脫力必須小于許用拉脫力：q＜[q]管端不卷邊，管板孔不開槽

——取2.0MPa。管端卷邊或管板孔開槽

——取4.0MPa。

許用拉脫力[q]的確定：40（4）拉脫力判據(jù)：計算合拉脫力必須小于許用拉脫力：q＜[q4141424243433）

溫差應力的補償目的：解決殼體與管束軸向變形的不一致性?；蛘哒f，消除殼體與管子間的剛性約束，實現(xiàn)殼體和管子自由伸縮。補償方法：

a.減小殼體與管束間的溫度差使傳熱膜系數(shù)大的流體走殼程；殼壁溫度低于管壁溫度時，對殼體進行保溫。

b.裝設撓性構件殼體上安裝膨脹節(jié)；（見書P217圖7-38）將直管制成帶S形彎的管。如氨合成塔內的冷管：443）溫差應力的補償目的：解決殼體與管束軸向變形的不一致性c.采用殼體與管束自由伸縮的結構（1）填料函式換熱器45c.采用殼體與管束自由伸縮的結構（1）填料函式換熱器45填料函結構之三46填料函結構之三46

（2）浮頭式換熱器47（2）浮頭式換熱器47浮頭式換熱器結構之二48浮頭式換熱器結構之二48d.套管式結構

如三十萬噸合成氨裝置中的廢熱鍋爐；49d.套管式結構

如三十萬噸合成氨裝置中的廢熱鍋爐；49氨合成塔中雙套管式觸煤筐冷管結構50氨合成塔中雙套管式觸煤筐冷管結構504)膨脹節(jié)結構及設置——裝在固定管板式換熱器上的撓性元件。a.膨脹節(jié)的作用及結構形式：作用：對管子與殼體的膨脹變形差進行補償，以消除或減小溫差應力；b.結構形式：(1）平板焊接膨脹節(jié)；(2）波形膨脹節(jié)；514)膨脹節(jié)結構及設置——裝在固定管板式換熱器上的撓性元件(3)夾殼式膨脹節(jié)(4)波紋管52(3)夾殼式膨脹節(jié)(4)波紋管52c.必須設置膨脹節(jié)的條件：滿足下述條件之一者：d.膨脹節(jié)的選用及安裝依據(jù)標準：GB16749-1997《壓力容器波形膨脹節(jié)》安裝注意：1）與殼體對接焊，保證焊透；

2）要進行無損探傷；

3）最低點設置排液孔。53c.必須設置膨脹節(jié)的條件：滿足下述條件之一者：d.膨脹節(jié)的選當殼體受軸向拉伸時，其強度條件：（二）.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（介質應力與熱應力）公式？注：σs為殼體應力，并非屈服極限當殼體受軸向拉伸時，其強度條件：（二）.殼體壁厚的確定1.設54換熱器殼體的公稱直徑以400mm為基數(shù)，以100mm為進級擋。和卷制容器筒體稍有不同的是，必要時也可采用50mm為進級擋。DN不大于400mm的殼體，可以用鋼管制作。換熱器殼體最小壁厚遠大于一般容器，其規(guī)定見表16—2。換熱器殼體的公稱直徑以400mm為基數(shù)55二、管束1、換熱管的尺寸、規(guī)格及材料二、管束1、換熱管的尺寸、規(guī)格及材料56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、結構緊湊，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，且易結垢，不易清洗。換熱管57換熱管材料由壓力、溫度、介質的腐蝕性能決定。主要有碳素鋼、合金鋼、銅、鈦、塑料、石墨等。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換熱管材料由壓力、溫度、介質的腐蝕性能決定。主要有碳素鋼、合58管子選用，要注意——

單位傳熱面積的金屬耗量，傳熱效果，結構緊湊，清洗及結垢等等因素。管子選用，要注意——59一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：

碳鋼、低合金鋼管（外徑×壁厚）：

Φ19×2、

Φ25×2.5、

Φ38×3、

Φ57×3.5；

不銹鋼管Φ25×2、Φ38×2.5。

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（L/D），一般為4～25，常用的為6～10，立式換熱器多為4～6。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602、換熱管在管板上的排列方式有正三角形、轉角正三角形、正方形和轉角正方形、同心圓等。如圖所示。流體流動方向流體流動方向正三角形轉角正三角形（1）三角形排列2、換熱管在管板上的排列方式有正三角形、轉角正三角形61正三角形排列的管束

正三角形最普遍，因為在相同的管板面積上排管最多，結構緊湊，同一板上管子比正方形多排10%左右，但管外清洗不方便；適用于殼程介質污垢少，且不需要進行機械清洗的場合。正三角形排列的管束正三角形最普遍，因為在相同的管板面62管板焊接管口管板焊接管口63流體流動方向流體流動方向正方形轉角正方形正方形排管少，結構不夠緊湊,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。換熱管排列圖（2）正方形排列流體流動方向流體流動方向正方形轉角正方形正方形排管少64正三角形與轉角正方形排列時，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。流體流動方向轉角正方形流體流動方向正三角形隆重排薦正三角形與轉角正方形排列時，流體在垂直流向拆流板缺口65

在多程換熱器中多采用組合排列方法。即每一程中都采用三角形排列法，而在各程之間，為了便于安裝隔板，則采用正方形排列法。（3）組合排列在多程換熱器中多采用組合排列方法。即每一程中都采用三66（4）同心圓排列法同心圓排列結構緊湊，在換熱直徑較小時，排管數(shù)比三角形排列法的管數(shù)多，換熱面積最大。優(yōu)點是靠近殼體的地方布管均勻，介質不易走短路。可用于制氧設備中或大型蒸發(fā)裝置中。同心圓排列由于管間距不等使得殼程各處壓力不等，流體容易從阻力小的地方漏流，較少采用。無論何種排列方式，最外圈換熱管外壁與殼體壁間的距離均不應小于換熱管外徑的1/4，且不小于8~10mm。（4）同心圓排列法同心圓排列結構緊湊，在換熱直徑較小673、管間距（換熱管中心距）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。3、管間距（換熱管中心距）管間距：管板上兩換熱管中心的距離。68管間距要便于管子與管板間的連接，因為對于脹接或焊接來講，管子間距離太近，都會影響連接質量。最外層管壁與殼壁之間的距離為10mm，主要是為折流板易于加工，不易損壞。管間距要便于管子與管板間的連接，因為對于脹接或焊接來講，管子694、最大布管限定圓直徑DL（1）固定管板式、U管式DL＝Di－2b3，b3＝0.25d0且不小于8mm（2）浮頭式DL＝Di－2(b1+b2+b)

b2＝bG+1.5mm4、最大布管限定圓直徑DL（1）固定管板式、U管式（2）浮頭705、管子與管板的連接管子與管板的連接方法有：脹接、焊接、脹焊接結合等。1）、脹接（strengthexpandedjoint）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，管板孔同時產生彈性變形，取去脹管器后，管板與管子產生一定的擠壓力，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5、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71脹管結束後：

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。脹管結束後：

管板孔邊緣彈性回復，擠壓管端并貼緊。脹管72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。脹接時管板上的孔可以是光孔，也可開槽(開槽可以增加連接強度和緊密性)。液壓脹管器適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計壓力≤73液壓脹接液壓脹接74機械脹接機械脹接75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≤350℃。

注意：管端硬度＜管板硬度。優(yōu)點：工藝簡單方便；76管板厚度較大時，為提高管子抗拉脫能力及增密封性能，需要在管孔中開環(huán)形槽。管板厚度較大時，為提高管子抗拉脫能力及增密封77

保證緊密性的方法：管板孔開槽；脹接周邊保證清潔；管子硬度低于管板孔周邊硬度。

保證管端硬度較低并且低于管板硬度的方法：管端退火處理。選材考慮。保證緊密性的方法：782）、焊接（strengthweldedjoint）√

強度焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起。優(yōu)點：高溫高壓下能保證連接的緊密性；管板孔加工精度要求不高，低于脹接；焊接工藝簡單；壓力不高時可用薄管板。缺點：存在焊接熱應力——應力腐蝕；管與孔間有間隙——形成介質死區(qū)，間隙腐蝕。2）、焊接（strengthweldedjoint）79管與管板焊接形式：80管與管板焊接形式：80

克服了單純的焊接及脹接的缺點，主要優(yōu)點是：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。施工方式：先脹後焊；先焊後脹。脹接——貼脹；強度脹。焊接——密封焊，強度焊。根據(jù)不同情況具體制定施工工藝。3）、焊脹結合克服了單純的焊接及脹接的缺點，主要優(yōu)點是：3）、焊脹結813）、焊脹結合脹焊結合連接主要有：強度焊＋密封脹………………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；密封脹—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。3）、焊脹結合脹焊結合連接主要有：82脹焊結合連接方式的適用性

脹焊結合的連接方式適用于密封要求較高、承受振動或疲勞載荷、有間隙腐蝕、采用復合管板的場合。目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學說仍處于爭議之中。脹焊結合連接方式的適用性脹焊結合的連接方式適用于密封83三、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上的平板，列管就起著彈性基礎的作用。1、管板受力特點三、管板及管程的分程列管式換熱器的管板所受裁荷除管程84③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，同時管孔邊緣產生峰值應力。當管子與管板連接之后，管板孔內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，使上下表面溫度不同，亦會在管板內產生溫差應力。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85⑥當管板兼做法蘭時，擰緊法蘭螺栓，在管板上又會產生附加彎矩，折流板間距、最大壓力作用位置等也都對管板應力有影響。三、管板及管程的分程⑥當管板兼做法蘭時，擰緊法蘭螺栓，在管板上又會產生附加彎矩，862、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，因而是一種半經驗公式。但由于公式計算簡便，同時又有長期使用經驗，結果比較安全，因而不少國家的管板厚度設計公式仍以此作為基礎。三、管板及管程的分程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87②將管束當作彈性支承，而管板則作為放置于這一彈性基礎上的圓平板，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。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上的圓平883、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？？3、管程的分程當換熱器所需的換熱面積較大，可增加管子89換熱面積較大，要進行分程

1）.管子太長，設備長徑比過大，浪費材料；

2）.增加流速，提高傳熱效果。分程要求：

1）各程管數(shù)大致相同；

2）相鄰程管壁溫差不大于28℃；

3）程間密封長度應最短；

4）隔板形狀應簡單。常用管程數(shù)為：1，2，4，6，8，12。換熱面積較大，要進行分程90管箱分程：分程舉例：

2程——4程——管箱分程：分程舉例：4程——91管殼式換熱器ppt課件92管殼式換熱器ppt課件93管殼式換熱器ppt課件94管殼式換熱器ppt課件95管殼式換熱器ppt課件96分程隔板及其與管板間的密封管箱結構：97分程隔板及其與管板間的密封管箱結構：97隔板：單層及雙層。98隔板：單層及雙層。98

雙層隔板的結構如圖。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隔板而再被加熱或冷卻）。雙層隔板的結構如圖。雙層隔板有隔熱空間，可防止熱流短993、管程的分程分程隔板與管板的連接

分程隔板有單層和雙層兩種。單層隔板與管板的密封結構圖所示。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。3、管程的分程分程隔板與管板的連接分程隔板有單層和雙1004、管板與殼體的連接4、管板與殼體的連接101管殼式換熱器ppt課件1024、管板與殼體的連接

列管式換熱器管板與殼體的連接結構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。4、管板與殼體的連接列管式換熱器管板與殼體的連接結構1034、管板與殼體的連接（1）固定管板式換熱器管板與殼體的連接4、管板與殼體的連接（1）固定管板式換熱器管板與殼體的連接104管殼式換熱器ppt課件105兼作法蘭情況：兼作法蘭情況：106管殼式換熱器ppt課件107管殼式換熱器ppt課件108兼做法蘭時管板與殼體的連接結構兼做法蘭時管板與殼體的連接結構109管板不兼作法蘭結構：管板不兼作法蘭結構：110

管板不作法蘭時，與殼體的連接結構如圖。由于法蘭力矩不作用在管板上，改善了管板受力情況。（a）p≤４.０ＭＰa殼程介質無間隙腐蝕作用時采用管板不作法蘭時，與殼體的連接結構如圖。由于法蘭力矩不作用111管殼式換熱器ppt課件1124、管板與殼體的連接（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浮頭式、U形管式及填料函式換熱器的管束要從殼體中抽出，以便進行清洗，故需將固定管板做成可拆連接。管板夾于殼體法蘭和頂蓋法蘭之間，卸下頂蓋就可把管板同管束從殼體中一起抽出來。4、管板與殼體的連接（2）浮頭式、U形管式及填料函式換熱器固1134、管板與殼體的連接（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4、管板與殼體的連接（2）浮頭式、U形管式及填料函式換熱器固114非固定式管板115非固定式管板115

浮頭式、U形管式和填料函式換熱器上的管板為可拆式結構，以便清理殼程。116浮頭式、U形管式和填料函式換熱器上的管板為可5、管板上的拉桿孔5、管板上的拉桿孔117

管箱的作用:將進入管程的流體均勻分布到各換熱管，把管內流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還可通過設置隔板起分隔作用。四、管箱四、管箱118(a)適用于較清潔介質工況。檢查換熱管內及清洗換熱管時，必須將連接管道一起拆下，很不方便。(b)在清洗換熱管內時，僅將平蓋拆下，不及拆除連接管道，易清洗和檢查。目前設計中采用較多。缺點是用材較多。(a)適用于較清潔介質工況。檢查換熱管內及清洗換熱管時，必須119(c)將管箱與蓋板焊成一體。可避免在管板密封處的泄漏，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。其接管安裝形有多種。如圖。(c)將管箱與蓋板焊成一體?？杀苊庠诠馨迕芊馓幍男孤芟?20管殼式換熱器ppt課件121管殼式換熱器ppt課件122附：換熱器型號的表示方法附：換熱器型號的表示方法123例浮頭式換熱器平蓋管箱，公稱直徑500mm，管程和殼程設計壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積54㎡，較高級冷拔換熱管外徑25mm，管長6m，4管程單殼程的浮頭式換熱器，其型號為：AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ例124固定管板式換熱器封頭管箱，公稱直徑700mm，管程設計壓力2.5MPa，殼程設計壓力1.6MPa，公稱換熱面積200㎡，較高級冷拔換熱管外徑25mm,管長9m，4管程單殼程的固定管板式換熱器，其型號為：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4Ⅰ固定管板式換熱器125U型管式換熱器封頭管箱，公稱直徑500mm，管程設計壓力4.0MPa，殼程設計壓力1.6MPa，公稱換熱面積75㎡，較高級冷拔換熱管外徑19mm,管長6m，2管程單殼程的U型管式換熱器，其型號為：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2ⅠⅡⅡU型管式換熱器ⅡⅡ126釜式重沸器平蓋管箱，管箱內直徑600mm，圓筒內直徑1200mm，管程設計壓力2.5MPa，殼程設計壓力1.0MPa，公稱換熱面積90㎡，普通級冷拔換熱管外徑25mm,管長6m，2管程釜式重沸器，其型號為：AKT-600/1200-2.5/1.0-90-6/25-2Ⅱ釜式重沸器127浮頭式冷凝器封頭管箱，公稱直徑1200mm，管程設計壓力2.5MPa，殼程設計壓力1.0MPa，公稱換熱面積610㎡，普通級冷拔換熱管外徑25mm,管長9m，4管程單殼程的浮頭式冷凝器，其型號為：BJS1200-2.5/1.0-610-9/25-4ⅡⅡ浮頭式冷凝器Ⅱ128在對流傳熱的換熱器中，為了提高殼程內流體的流速和加強湍流程度，以提高傳熱效率，在殼程內裝置折流板。折流板還起支撐換熱管的作用。五、折流板

、支撐板及短路防沖等殼程1、橫向折流板折流板作用：①提高殼程內流體的流速；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。）在對流傳熱的換熱器中，為了提高殼程內流體的流速和加強湍流129

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；

后者則使管間的流體平行流過管束。折流板和支承板可分為橫向和縱向兩種。130

折流板是設置在殼體內與管束垂直的弓形或圓盤－圓環(huán)形平板，安裝折流板迫使殼程流體按照規(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，在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。

單弓形折流擋板單弓形折流擋板對介質流向的影響:1、橫向折流板折流板是設置在殼體內與管束垂直的弓形或圓盤－圓環(huán)131盤—環(huán)形折流擋板對介質流向的影響圓盤—圓環(huán)形折流擋盤—環(huán)形折流擋板對介質流向的影響圓盤—圓環(huán)形折流擋132管殼式換熱器ppt課件133管殼式換熱器ppt課件134管殼式換熱器ppt課件135管殼式換熱器ppt課件136雙弓形板換熱器性能特點雙弓形板換熱器的管束由相鄰兩種折流板組成支撐件，流體呈順錯流流動，從而克服了普通單弓形板換熱器的殼程流體，在流動中的180度轉彎所造成的死區(qū)、阻力大、易震動等缺陷。在相同殼程壓力降下，雙弓形板換熱器殼程流體的流速一般可提高1.5倍以上，從而強化了傳熱。通過管束的阻力僅為單弓形扳換熱器的1/5～1/8，因此減少板間距和殼徑來提高流速是常用手段。雙弓形板換熱器137管殼式換熱器ppt課件138圖7-28帶扇形切口折流板

螺旋折流板換熱器是管殼式換熱器的一種形式。每塊折流板占1/4的橫截面積，呈螺旋狀自進口至出口方向逐一布置。折流板對換熱器中心線保持一定的傾斜角度，四塊折流板完成360。內的旋轉，這樣在殼體內形成連續(xù)的螺旋，使流體流動接近柱塞流動。

圖7-28帶扇形切口折流板螺旋折流板換熱器是139螺旋折流板換熱器基本原理及折流板形式螺旋折流板換熱器的提出基于這樣一種思想:通過改變殼側折流板的布置，使殼側流體呈連續(xù)的螺旋狀流動。因此，理想的折流板布置應該為連續(xù)的螺旋曲面。但是，螺旋曲面加工困難，而且換熱管與折流板的配合也較難實現(xiàn).考慮到加工上的方便，采用一系列的扇形平面板(稱之為螺旋折流板)替代曲面相間連接，在殼側形成近似螺旋面，使殼側流體產生近似連續(xù)螺旋狀流動。一般來說，出于加工方面的考慮，一個螺距取2～4塊折流板，相鄰折流板之間有連續(xù)搭接和交錯搭接兩方式，按流道又可分為單螺旋和雙螺旋兩種結構。螺旋折流板換熱器基本原理及折流板形式140管殼式換熱器ppt課件141管殼式換熱器ppt課件142性能特點：與普通的弓形折流板換熱器相比，螺旋折流板換熱器有以下的性能改進：①衡量換熱效果好壞的綜合效益系數(shù)(即傳熱速率與壓力降的比值)有較大的提高：

ABB公司以水一水為介質，進行普通弓形折流板和螺旋折流板的傳熱與壓力降實驗對比，結果為：(a)螺旋折流板換熱器殼程傳熱系數(shù)約提高1.8倍；(b)壓力降減少約4.5倍。②殼程流體流動狀態(tài)的改變：弓形折流板使殼程流體基本上處于橫穿管子的錯流流動，在90度轉彎處易有固體顆粒堆積和結垢產生。而螺旋折流板每塊折流板僅占1/4橫截面積，與中心線有一定角度的傾斜。消除了流動死區(qū)，減少了固體顆粒堆積和結垢的生成。不易引起管子的振動。性能特點：143③較低的壓力降允許流體提高流速，以使膜傳熱系數(shù)有較大的提高：因為殼程壓力降僅為普通弓形折流板的1/4-1/5，故可以允許介質高速流過從而強化傳熱效果。在滿足管程需求的同時，可以盡量提高殼程流動速度來提高膜傳熱系數(shù)。這樣，螺旋折流板換熱器需要精心設計，尋求適合的殼徑與管長的比例，以達到提高總傳熱速率、減少換熱面積的目的。④對于限制殼程壓力降的設備，在利用原有殼徑的基礎上，螺旋折流板換熱器可以發(fā)揮自身優(yōu)勢。③較低的壓力降允許流體提高流速，以使膜傳熱系數(shù)有較大的提高：144傳統(tǒng)弓形隔板支撐存在一些弊端：阻力大、死角多、傳熱面積無法被充分利用,易引發(fā)流體流動振動等。為了使折流板的性能得到改進,近年又研發(fā)出了多弓形折流板、整圓形折流板(如圖)、異形孔折流板、網(wǎng)狀板等。這些新型折流板支承結構的出現(xiàn)主要是為了使流體由橫向流動變?yōu)榭v向流動,從而盡可能地消除死區(qū),使得傳熱綜合性能得到提高,也使得管束的抗振性能得到增強。傳統(tǒng)弓形隔板支撐存在一些弊端：阻力大、死角多、傳熱面積145各種折流板中弓形折流板用得較普遍，這種形式使流體只經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。（1）橫向折流板的尺寸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各種折流板中弓形折流板用得較普遍，這種形式使流體只經146

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，且對換熱器的振動也有影響。一般情況下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。（1）橫向折流板的尺寸-厚度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，且對147折流板一般應按等間距布置，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。臥式換熱器、冷凝器和重沸器的殼程介質為氣、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。（2）橫向折流板的間距折流板一般應按等間距布置，管束兩端的折流板盡可能靠近148折流板最小間距一般不小于圓筒內直徑的1/5，且不小于50mm，且相鄰兩塊折流板間距不得大于殼體內直徑。特殊情況下也可取較小的間距。最大無支撐跨距如下表。（2）橫向折流板的間距折流板最小間距一般不小于圓筒內直徑的1/5，且不小于149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。如圖：弓形缺口太大或太小都會產生"死區(qū)"，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。

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為：

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。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150

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。（3）橫向折流板與殼體間隙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151管殼式換熱器ppt課件152折流板的加工折流板的加工153（4）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。拉桿是一根兩端皆有螺紋的長桿，一端擰入管板，將折流板穿在拉桿上，折流板的間距由定距管隔離并保持板間距，最后一塊折流板用螺母擰緊在拉桿上。d≤14mm時（4）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154折流板的固定方法折流板的固定方法1552、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規(guī)定時，則應設支持板，用來支撐換熱管，以防止換熱管產生過大的撓度。

浮頭式換熱器浮頭端宜設置加厚環(huán)板的支持板。2、支持板當換熱器不需設折流板，但換熱管無支撐跨距超1563、縱向折流板-殼程分程

縱向折流板是使流體平行管束流動，在傳熱上不如垂直流過管束好。但可提高流速，所以也可較好地提高傳熱效率。其主要缺點是：縱向折流板與殼體壁間的密封不易保證，容易造成短路。3、縱向折流板-殼程分程縱向折流板是使流體平行管束流動，1573、縱向折流板-殼程分程對分流雙分流3、縱向折流板-殼程分程對分流雙分流158殼程(E,F,G,H,J,K,X)殼程(E,F,G,H,J,K,X)159殼程類型的選擇：F型換熱器具有一個縱向擋板，形成串聯(lián)雙殼程流道，當換熱器為雙管程時，殼程縱向擋板可以使管程和殼程的流體達到完全的逆流。較高殼程的流體會通過縱向擋板向另一殼程有熱滲漏；壓力差會使流體短路。殼程類型的選擇：F型換熱器具有一個縱向擋板，形成串聯(lián)雙殼殼程類型的選擇：殼程EFGHJ給熱系數(shù)11壓力降1811/81/8換熱器不同殼型的相對性能比較殼程類型的選擇：殼程EFGHJ給熱系數(shù)11壓力降1811/8管殼式換熱器ppt課件162管殼式換熱器ppt課件1634、防短路結構——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。4、防短路結構——擋板當殼體與管束之間存在較大間隙時，如164殼體與管束之間存在有較大間隙時，為避免流體走短路，沿縱向設置板條，迫使流體穿過管束。殼體與管束之間存在有較大間隙時，為避免流體走短路，沿縱向設置1654、防短路結構——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。4、防短路結構——擋管擋管—兩端堵死的換熱管，設置1664、防短路結構——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。4、防短路結構——中間擋板（a）中間擋板設置在U形管束的中間1675、防沖板與攔液板-防沖板

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5、防沖板與攔液板-防沖板為防止殼程進口接管處殼程168板可焊在筒體上或焊在拉桿上，板可開孔，也可不開。板可焊在筒體上或焊在拉桿上，板可開孔，也可不開。169擴大管擴大管170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。5、防沖板與攔液板-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)，推薦171管殼式換熱器ppt課件1726、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。6、排液孔與排氣孔換熱器殼程與管程的最高點要設排氣孔173管殼式換熱器ppt課件174附：折流桿換熱器附：折流桿換熱器175管殼式換熱器ppt課件176折流圈籠和管板的組裝圖折流圈籠和管板的組裝圖177優(yōu)點：①、不易發(fā)生誘導振動損失；②、傳熱死區(qū)小，傳熱效率提高20%以上；③、壓降?。虎堋⒖构感阅軆?yōu)良；⑤、有強化冷凝的機理；⑥、適用于換熱器大型化，特別是在核電換熱器應用；適用于冷凝、沸騰場合的換熱器；⑦、適用于壓縮機級間冷卻和煙氣預熱器。缺點：①、在低雷諾數(shù)Re＜6000（液相）、Re＜10000（氣相）熱效率較低；②、造價提高3~5%。優(yōu)點：178六、波形膨脹節(jié)

溫差應力產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，或采用自由膨脹結構。六、波形膨脹節(jié)溫差應力產生的原因是管與殼膨脹的179管殼式換熱器ppt課件1801、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；1、膨脹節(jié)的基本形式及其特點膨脹節(jié)是裝在固定181（2）形：用薄壁管焊接而成，在焊接處易產生較大應力，且不易焊透，它適用于小直徑筒體或應力較小的場合；（2）形：用薄壁管焊接而成，在焊接處易產生較大應力，且不易182（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)。（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1832、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，任意一個失效時均需設置膨脹節(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]。2、設置膨脹節(jié)的條件判斷固定管板式換熱器是否需184F1－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，NF1－由殼體和管子之間溫差引起的軸向力，N。F2－由殼程和管185第三節(jié)列管式（管殼式）換熱器選用（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——本章已討論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。186第三節(jié)列管式（管殼式）換熱器選用（一）工藝計算選型；第三節(jié)列管式（管殼式）換熱器選用選用、設計原則第三節(jié)列管式（管殼式）換熱器選用選用、設計原則187冷、熱流體流動通道的選擇的一般原則：

a)不潔凈或易結垢的液體宜在管程，因管內清洗方便。

b)腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕。

c)壓力高的流體宜在管內，以免殼體承受壓力。

d)飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較清潔，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與流速無關，而且冷凝液容易排出。

e)流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re>100即可達到湍流。但這不是絕對的，如流動阻力損失允許，將這類流體通入管內并采用多管程結構，亦可得到較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

f)若兩流體溫差較大，對于剛性結構的換熱器，宜將表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體通入殼程，以減小熱應力。

g)需要被冷卻物料一般選殼程，便于散熱。列管式換熱器的設計和選用冷、熱流體流動通道的選擇的一般原則：

a)不潔凈或易結垢的188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，流速過低甚至可能導致管路堵塞，嚴重影響到設備的使用，但流速增大，又將使流體阻力增大。因此選擇適宜的流速是十分重要的。根據(jù)經驗，表1及表2列出一些工業(yè)上常用的流速范圍，以供參考。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)?89傳熱總系數(shù)Ｋ的確定計算Ｋ值的基準面積，習慣上常用管子的外表面積。當設計對象的基準條件（設備型式、雷諾準數(shù)Re、流體物性等）與某已知Ｋ值的生產設備相同或相近時，則可采用已知設備Ｋ值的經驗數(shù)據(jù)作為自己設計的Ｋ值。表3為常見列管式換熱器Ｋ值的大致范圍。由表3選取大致Ｋ值。傳熱總系數(shù)Ｋ的確定190用下式進行Ｋ值核算。

式中：

－給熱系數(shù)，W/m2.℃；

R－污垢熱阻，m2.℃／W；

δ－管壁厚度，mm；

λ－管壁導熱系數(shù)，W/m.℃；下標ｉ、ｏ、ｍ分別表示管內、管外和平均。當時近似按平壁計算，即：

在用上式計算Ｋ值時，污垢熱阻、通常采用經驗值，常用的污垢熱阻大致范圍可查《化工原理》相關內容。

式中的給熱系數(shù)

，在列管式換熱器設計中常采用有關的經驗值公式計算給熱系數(shù)

，工程上常用的一些計算

的經驗關聯(lián)式在《化工原理》已作了介紹，設計時從中選用。

用下式進行Ｋ值核算。191◎

流動方式的選擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復雜流動。

流量一定時，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對傳熱過程越有利。

但采用多管程或多殼程必導致流體阻力損失，即輸送流體的動力費用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時，需權衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。當采用多管程或多殼程時，列管式換熱器內的流動形式復雜，對數(shù)平均值的溫差要加以修正?！?/p>

換熱器的流體力學計算、結構設計、強度計算等等?！蛄鲃臃绞降倪x擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中192流體通過換熱器時阻力的計算

換熱器管程及殼程的流動阻力，常常控制在一定允許范圍內。若計算結果超過允許值時，則應修改設計參數(shù)或重新選擇其他規(guī)格的換熱器。按一般經驗，對于液體?？刂圃?04～105Pa范圍內，對于氣體則以103～104Pa為宜。此外，也可依據(jù)操作壓力不同而有所差別，參考下表。換熱器操作允許壓降△P換熱器操作壓力P(Pa)允許壓降△P<105(絕對壓力)

0～105(表壓)

>105(表壓)0.1Pa

0.5Pa

>5×104Pa流體通過換熱器時阻力的計算

換熱器管程及殼程的流動阻力，193列管式換熱器的設計和選用的計算步驟

1初選換熱器的規(guī)格尺寸

◆初步選定換熱器的流動方式，保證溫差修正系數(shù)大于0.8，否則應改變流動方式，重新計算。

◆計算熱流量Q及平均傳熱溫差△tm，根據(jù)經驗估計總傳熱系數(shù)K估，初估傳熱面積A估。

◆選取管程適宜流速，估算管程數(shù)，并根據(jù)A估的數(shù)值，確定換熱管直徑、長度及排列。2計算管、殼程阻力

在選擇管程流體與殼程流體以及初步確定了換熱器主要尺寸的基礎上，就可以計算管、殼程流速和阻力，看是否合理。或者先選定流速以確定管程數(shù)NP和折流板間距B再計算壓力降是否合理。這時NP與B是可以調整的參數(shù)，如仍不能滿足要求，可另選殼徑再進行計算，直到合理為止。

列管式換熱器的設計和選用的計算步驟1初選換熱器的規(guī)格尺寸1943核算總傳熱系數(shù)

分別計算管、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，確定污垢熱阻，求出總傳系數(shù)K計，并與估算時所取用的傳熱系數(shù)K估進行比較。如果相差較多，應重新估算。

4計算傳熱面積并求裕度

根據(jù)計算的K計值、熱流量Q及平均溫度差△tm，由總傳熱速率方程計算傳熱面積A0，一般應使所選用或設計的實際傳熱面積AP大于A020%左右為宜。即裕度為20%左右，裕度H的計算式為

3核算總傳熱系數(shù)

分別計算管、殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，確定195推薦的設計程序1、作出流程簡圖。2、按生產任務計算換熱器的換熱量Q。3、選定載熱體，求出載熱體的流量。