第十八章管壳式换热设备

1、第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备第十八章第十八章 管壳式换热设备管壳式换热设备主要内容：主要内容： 概述概述 管壳式换热器的形式管壳式换热器的形式管壳式换热器的结构设计管壳式换热器的结构设计管壳式换热器设计与型号选择管壳式换热器设计与型号选择第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备3一、定义一、定义 换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。 3.3.可靠性可靠性满足操作条件满足操作条件 ,强度足够强度足够,保证使用保证使用寿命寿命二、衡量标准二、衡量标准 2.合理性合理性 1.1.先进性先进性

2、可制造加工，成本可接受可制造加工，成本可接受 传热效率高，流体阻力小，材料省传热效率高，流体阻力小，材料省 18-1 概述概述第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备4三、按换热目的分类三、按换热目的分类 冷却器（冷却器（cooler）冷凝器（冷凝器（condenser）加热器（加热器（heater）再沸器（再沸器（reboiler） 四、按换热方式分类四、按换热方式分类混合式换热器混合式换热器蓄热式换热器蓄热式换热器间壁式换热器间壁式换热器第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备5固定管板式换热器固定管板式换热器浮头式换热器浮头式换热器U形管式换热器形管式换热器填料函式换热器填料函式

3、换热器基本类型基本类型18-2 管壳式换热器的形式管壳式换热器的形式第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备 固定管板式换热器固定管板式换热器优点：优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。热应力。第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备浮头式换热器浮头式换热器 优点：优点： 管内和管间清洗方便，不会产生热应力。管内和管间清洗方便，不会产生热应力。缺点：缺点： 结

4、构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在 操作中无法检查。操作中无法检查。适用场合：适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合。结垢的场合。第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备填料函式换热器填料函式换热器 适用场合：适用场合： 4MPa 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及 贵重介质，使用温度受填料的物性限制。贵重介质，使用温度受填料的物性限制。缺点：缺点：填料处易泄漏。填料处易泄漏。优点：优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清

5、洗方便。结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。 第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备U U型管式换热器型管式换热器 适用场合：适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀 性大的物料。性大的物料。缺点：缺点：布管少，管板利用率低，管子坏时不易更换。布管少，管板利用率低，管子坏时不易更换。优点：优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备18-3 管壳式换热器的结构设计管壳式换热器的结构设计换热管的选用换热管的选

6、用1.1.换热管材料换热管材料由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等塑料、石墨等。金属材料金属材料碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢不锈钢不锈钢铜铜铜镍合金铜镍合金非金属材料非金属材料石墨石墨陶瓷陶瓷聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备2.2.换热管直径换热管直径单位体积传热面积增大、单位体积传热面积增大、结构紧凑、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高金属耗量减少、传热系数提高阻力大，不便清洗，易结垢堵塞阻力大，不便清洗，易结垢堵塞用于较清洁的流体用于较清洁的流体大管

7、径大管径粘性大或污浊的流体粘性大或污浊的流体小管径小管径第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备3.3.规格规格（外径壁厚），长度按规定决定（外径壁厚），长度按规定决定 换热管尺寸换热管尺寸192、252.5和和382.5mm无缝钢管无缝钢管252和和382.5mm不锈钢管不锈钢管标准管长标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等等换热器的换热管长度与公称直径之比成为长径比，卧式换换热器的换热管长度与公称直径之比成为长径比，卧式换热器一般为热器一般为6 61010。立式换热器长径比为。立式换热器长径比为4 46 6。第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备换热管在管板上

8、的排列换热管在管板上的排列（一（一）正三角形和转角正三角形排列正三角形和转角正三角形排列 三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多排排10%10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。垢少，且不需要进行机械清洗的场合。 图18-5 换热管排列形式（图中箭头为管外流体流向）第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备（二（二）正方形和转角正方形排列正方形和转角正方形排列 管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。要经常管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗

9、。要经常清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列。清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列。 图18-5 换热管排列形式（图中箭头为管外流体流向）第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备（三（三）组合排列法组合排列法 在多程换热器中多采在多程换热器中多采用组合排列方法。即用组合排列方法。即每一程中都采用三角每一程中都采用三角形排列法，而在各程形排列法，而在各程之间，为了便于安装之间，为了便于安装隔板，则采用正方形隔板，则采用正方形排列法，如图排列法，如图720。 图图18-6 18-6 组合排列法组合排列法）第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备（1）定义定义（四（四）管间距管间距

10、管间距指两相邻换热管中心的距离。管间距指两相邻换热管中心的距离。 （2）要求要求 管间距管间距1.25d0，符合表符合表7-5规定，便于管子规定，便于管子与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来讲，管子间距离太近，那么都会影响连接讲，管子间距离太近，那么都会影响连接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm，主要是为折流板易于加工，不易损主要是为折流板易于加工，不易损坏。坏。第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备换热管外径换热管外径do1214192532384557换热管中心距换热管中心距1619253240485772

11、 最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于(换换热管外径的一半热管外径的一半)10mm。表表18-1 常用换热管中心距常用换热管中心距/mm第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备换热管与管板的连接方法换热管与管板的连接方法（一（一）胀接胀接 利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目

12、的。 图图18-7 18-7 胀管前后示意胀管前后示意第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备适用范围：适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力合金钢，设计压力4MPa，设计温度设计温度300，且，且无特殊要求的场合。无特殊要求的场合。原因：原因：温度升高，残余应力减小，使管子与管板温度升高，残余应力减小，使管子与管板间的胀接密封性能、紧固性能都下降，故设计温间的胀接密封性能、紧固性能都下降，故设计温度度300 。要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。后再胀接。胀接时管板上的孔可以是光孔，

13、也可开槽胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽开槽可以增加连接强度和紧密性可以增加连接强度和紧密性)。第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽开槽可以增加连接强度和紧密性可以增加连接强度和紧密性)。 图图18-8 18-8 管控壁上开槽的胀接结构管控壁上开槽的胀接结构第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备（二（二）焊接焊接 优点：优点：在高温高压条件下，在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较节省孔的加工工

14、时，工艺较胀接简单，压力较低时可使胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。用较薄的管板。缺点：缺点：在焊接接头处产生的在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存在间隙，易出现间管板间存在间隙，易出现间隙腐蚀。隙腐蚀。 图18-9 焊接结构第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备（三（三）胀焊并用胀焊并用胀焊并用连接主要有：胀焊并用连接主要有：强度焊贴胀强度焊贴胀先焊后胀先焊后胀强度胀密封焊强度胀密封焊先胀后焊先胀后焊概念解释：概念解释： 密封焊密封焊不保证强度，只防漏；不保证强度，只防漏； 强度焊强度焊既防漏，又

15、保证抗拉脱强度；既防漏，又保证抗拉脱强度； 贴胀贴胀只消除间隙，不承担拉脱力；只消除间隙，不承担拉脱力； 强度胀强度胀既消除间隙，又满足胀接强度。既消除间隙，又满足胀接强度。目前，先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。目前，先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。 第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备管板与壳体的连接管板与壳体的连接（一（一）不可拆的焊接式不可拆的焊接式 固定管板式换热器管板与壳体的连接固定管板式换热器管板与壳体的连接兼做法兰兼做法兰不兼做法兰不兼做法兰 图18-10 管板与壳体连接第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备（二（二）可拆式可拆式 浮头式、浮头式

16、、U型管式及型管式及填料函式换热器固定填料函式换热器固定端管板与壳体的连接端管板与壳体的连接 图图18-11 18-11 管板与壳体可拆结构管板与壳体可拆结构第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备管箱与管束分程管箱与管束分程（一（一）管箱结构管箱结构 实现管束分程。管箱作用将介质均匀地分布到换热管中汇集管内流体然后输出结构形式决定因素换热器是否需要清洗管束是否需要分程第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备适用于较清洁的介质检查清洗不方便清洗方便用材较多避免管板密封处泄露检查清洗不方便多程隔板 图18-12 管箱结构第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备（二（二）管束分程管束分

17、程分程原因分程原因 为了增加管程流速，提高传热效果，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程须将管束分程，使流体依次流过各程管子。管子。 分程原则分程原则 各程换热管数应大致相等；各程换热管数应大致相等； 各程流速基本相同各程流速基本相同第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备 图18-13 管板与壳体可拆结构分程隔板分程隔板 第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备分程方式分程方式 表表182常用管程分程图常用管程分程图图序管箱隔板介质返回侧隔板管程数流动顺序214612123414231432213546146325bacdefg第十八章管壳式换热设备第十八

18、章管壳式换热设备挡板与导流筒挡板与导流筒为了保护管束，在入口处设立挡板或导流板。为了保护管束，在入口处设立挡板或导流板。导流板除防止冲刷、振动作用外，还可使流体导流板除防止冲刷、振动作用外，还可使流体从靠近管板处进入管筒，充分利用换热面积。从靠近管板处进入管筒，充分利用换热面积。 图图18-14 18-14 挡板与导流筒挡板与导流筒第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备折流板、支撑板、旁路挡板折流板、支撑板、旁路挡板一、折流板及支撑板作用：作用：1 1、提高壳程流体流速，改变流动方向、提高壳程流体流速，改变流动方向提高效率提高效率 2 2、支撑换热管。、支撑换热管。形式：形式：a.a.弓形；弓形；b.b.圆盘圆盘- -圆环形；圆环形；c.c.带扁形切口带扁形切口 图18-15 折流板的形状第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备第十八章管壳式换热设备二、旁路挡板 壳体与管束之间存在有较大间隙时，为避免流体壳体与管束之间存在有较大间隙时，为避免流体走短路，沿纵向设置板条，迫使流体穿过管束走短路，沿纵向设置板条，迫使流体穿过