现代过程装备制造技术-8典型压力容器

1、8 典型压力容器SIT8.1 管壳式换热器管壳式换热器8.2 高压容器的制造高压容器的制造SIT8.1 管壳式换热器管壳式换热器v换热器的概述换热器的概述 概念：换热器是用来完成各种概念：换热器是用来完成各种不同传热过程不同传热过程的设备。的设备。 重要性：重要性： 换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。据统计，在各种石油化工厂、炼油厂，换热器。据统计，在各种石油化工厂、炼油厂，换热器约占总投资的约占总投资的10 40 。在炼油厂的各工艺装。在炼油厂的各工艺装置中，换热器台数占工艺设备总台数的置中，换热器台数占工艺设备总台数的25-70%；质量占

2、工艺设备总质量的质量占工艺设备总质量的25-50%；检修工作量占；检修工作量占总检修量的总检修量的60-70%。 应用范围：应用范围： 加热、冷却、冷凝、蒸发加热、冷却、冷凝、蒸发SIT8.1 管壳式换热器管壳式换热器v换热器设计制造标准换热器设计制造标准 先进性先进性 传热效率高、流体阻力小、材料省传热效率高、流体阻力小、材料省合理性合理性 可制造加工、成本可接受可制造加工、成本可接受可靠性可靠性 满足操作条件、强度足够、保证使用寿命满足操作条件、强度足够、保证使用寿命SIT8.1 管壳式换热器管壳式换热器v换热器分类换热器分类 按用途分按用途分 冷却器（冷却器（cooler） 冷凝器（冷凝

3、器（condenser） 加热器（一般不发生相变）（加热器（一般不发生相变）（heater） 蒸发器（发生相变）（蒸发器（发生相变）（evaporator） 再沸器（再沸器（reboiler） 废热锅炉（废热锅炉（waste heat boiler）SITv换热器分类换热器分类 按传热方式或工作原理分按传热方式或工作原理分 直接接触式直接接触式特点：传热效果好，但不特点：传热效果好，但不能用于发生反应或有影响能用于发生反应或有影响的流体之间的流体之间8.1 管壳式换热器管壳式换热器热流体热流体冷流体冷流体热流体热流体冷流体冷流体SITv换热器分类换热器分类 按传热方式或工作原理分按传热方式或工

4、作原理分 蓄热式蓄热式特点：适用于温度较高的场特点：适用于温度较高的场合，但有交叉污染、温度波合，但有交叉污染、温度波动大。动大。8.1 管壳式换热器管壳式换热器冷流体冷流体冷流体冷流体热流体热流体热流体热流体SIT8.1 管壳式换热器管壳式换热器v换热器分类换热器分类 按传热方式或工作原理分按传热方式或工作原理分 间壁式间壁式又称为表面式换热器又称为表面式换热器利用间壁（固体壁面）进行热交利用间壁（固体壁面）进行热交换。冷热两种流体隔开，互不接换。冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。给冷流体。按间壁形状分：管式（排管、蛇按间壁形状分：管式

5、（排管、蛇管、套管）、紧凑式（螺旋板式管、套管）、紧凑式（螺旋板式、板式、板翅等）、板式、板翅等）、管壳式管壳式。SIT8.1 管壳式换热器管壳式换热器v管壳式换热器管壳式换热器 又称为列管式换热器又称为列管式换热器 工作原理工作原理SIT8.1 管壳式换热器管壳式换热器v8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v8.1.2 结构特点与应用结构特点与应用v8.1.3 壳体组对焊接的要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接SIT8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号接 管 法 兰管 箱容 器 法 兰排 气 管膨 胀 节管 板拉 杆定 距 管折 流

6、板换 热 管壳 程 接 管支 座排 污 口管 程 接 管SIT8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v管箱管箱 作用作用:将进入管程的流体均匀分布到各换热管将进入管程的流体均匀分布到各换热管，把管内流体汇集在一起送出换热器。在多，把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还可通过设置隔板起分管程换热器中，管箱还可通过设置隔板起分隔作用。隔作用。8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v适用于较清洁介质工况。检查换热管内及清洗换热管适用于较清洁介质工况。检查换热管内及清洗换热管时，时，必须将连接管道一起拆下，很不方便必须将连接管道一起拆下，很不方便。

7、v在清洗换热管内时，在清洗换热管内时，仅将平盖拆下仅将平盖拆下，不用拆除连接管，不用拆除连接管道，易清洗和检查。目前设计中采用较多。缺点是道，易清洗和检查。目前设计中采用较多。缺点是用用材较多材较多。8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v将管箱与管板焊成一体。可避免在管板密封处的泄漏将管箱与管板焊成一体。可避免在管板密封处的泄漏，但，但管箱不能单独拆下管箱不能单独拆下，检修清洗不方便，很少采用，检修清洗不方便，很少采用。v多程隔板安置的一种形式。多程隔板安置的一种形式。SIT8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v换热器型号的表示方法换热器型号的表示方法S

8、IT8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v示例示例v 浮头式换热器浮头式换热器v平盖平盖管箱，公称直径管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计，管程和壳程设计压力均为压力均为1.6MPa，公称换热面积，公称换热面积54，较高级，较高级冷拔换热管外径冷拔换热管外径25mm，管长，管长6m，4管程管程单壳程单壳程的浮头式换热器，其型号为：的浮头式换热器，其型号为：AES500-1.6-54-6/25-4SIT8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v示例示例v 固定管板式换热器固定管板式换热器v封头管箱，公称直径封头管箱，公称直径700mm，管程设计压力，管程设

9、计压力2.5MPa，壳程设计压力，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积，公称换热面积200 ，较高级冷拔换热管外径，较高级冷拔换热管外径25mm,管长管长9m，四管程单壳程的固定管板式换热器，其型号，四管程单壳程的固定管板式换热器，其型号为：为：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4SIT8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v示例示例v U型管式换热器型管式换热器v封头管箱，公称直径封头管箱，公称直径500mm，管程设计压力，管程设计压力4.0MPa，壳程设计压力，壳程设计压力1.6MPa，公称换热面积，公称换热面积75 ，较高级冷拔换热管外径，较高级冷拔换热

10、管外径19mm,管长管长6m，两管程单壳程的两管程单壳程的U型管式换热器，其型号为：型管式换热器，其型号为：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2SIT8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v示例示例v 釜式重沸器釜式重沸器v平盖管箱，管箱内直径平盖管箱，管箱内直径600mm，圆筒内直径，圆筒内直径1200mm，管程设计压力，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压，壳程设计压力力1.0MPa，公称换热面积，公称换热面积90，普通级冷拔换，普通级冷拔换热管外径热管外径25mm,管长管长6m，两管程釜式重沸器，两管程釜式重沸器，其型号为：其型号为：AKT-600/1200

11、-2.5/1.0-90-6/25-2SIT8.1.1 主要零部件、分类及代号主要零部件、分类及代号v示例示例v 浮头式冷凝器浮头式冷凝器v封头管箱，公称直径封头管箱，公称直径1200mm，管程设计压力，管程设计压力2.5MPa，壳程设计压力，壳程设计压力1.0MPa，公称换热面积，公称换热面积610，普通级冷拔换热管外径，普通级冷拔换热管外径25mm,管长管长9m，四管程单壳程的浮头式冷凝器，其型号为：四管程单壳程的浮头式冷凝器，其型号为：BJS1200-2.5/1.0-610-9/25-4SIT8.1.2 结构特点与应用结构特点与应用v基本类型基本类型SIT8.1.2 结构特点与应用结构特点

12、与应用v固定管板式换热器固定管板式换热器v优点优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗：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。方便，管子损坏时易于堵管或更换。v缺点缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。v适用场合适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。SIT8.1.2 结构特点与应用结构特点与应用v固定管板式换热器固定管板式换热

13、器v 隔板隔板：增加管程数，提高管内流体流速。流速增加，：增加管程数，提高管内流体流速。流速增加，传热效率提高；但流动的阻力也同时增加。传热效率提高；但流动的阻力也同时增加。v 折流板折流板：提高壳程流体的流速和湍动程度。：提高壳程流体的流速和湍动程度。SIT8.1.2 结构特点与应用结构特点与应用v固定管板式换热器固定管板式换热器v 为减少热应力为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置，通常在固定管板式换热器中设置柔性柔性元件（如膨胀节、挠性管板等）元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。，来吸收热膨胀差。v 当壳体和管子之间的温差较大（当壳体和管子之间的温差较大（6070）且壳体承

14、受）且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。图7-2 固定管板式换热器图7-3 带补偿器的固定管板式换热器SIT8.1.2 结构特点与应用结构特点与应用v浮头式换热器浮头式换热器v优点优点：一大管板一小管板，小管板在壳体内滑动，因此：一大管板一小管板，小管板在壳体内滑动，因此无温差应无温差应力力；管束可以抽出，清洗。；管束可以抽出，清洗。v缺点缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头内漏不便检查浮头内漏不便检查；管束；管束与壳体间隙较大，影响传热。与壳体间隙较大，影响传热。v适用场合适用场合：壳体和管束之间壁温相

15、差较大，或介质易结垢的场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易结垢的场合。图7-4 浮头式换热器SIT8.1.2 结构特点与应用结构特点与应用vU形管式换热器形管式换热器v优点优点：一端可自由伸缩，：一端可自由伸缩，不产生热应力不产生热应力；管束可以抽出，管内外；管束可以抽出，管内外均易清洗；均易清洗；结构简单，价格便宜，承受能力强。结构简单，价格便宜，承受能力强。v缺点缺点：管内清洗不如直管方便；管板布管少；物料分布不均，影：管内清洗不如直管方便；管板布管少；物料分布不均，影响传热效果；响传热效果；U形管不易更换。形管不易更换。v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

16、、腐：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。蚀性大的物料。图7-6 U形管式换热器SIT8.1.2 结构特点与应用结构特点与应用v填料函式换热器填料函式换热器v优点优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。v缺点缺点：填料处易泄漏。：填料处易泄漏。v适用场合适用场合： 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒以下，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。及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。种类种类优优 点点缺缺 点点固定固定管板管板式式结构较简单，造价较低，相结

17、构较简单，造价较低，相对其它列管式换热器其管板对其它列管式换热器其管板最薄。最薄。管外清洗困难管外清洗困难；管壳间管壳间有温差应力存在有温差应力存在；当两种介质温差较大时必须设置当两种介质温差较大时必须设置膨胀节。膨胀节。浮头浮头式式一端管板固定，另一端管板一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动；管壳间不可在壳体内移动；管壳间不产生温差应力；管束可抽出，产生温差应力；管束可抽出，便于清洗。便于清洗。结构较复杂，结构较复杂，；浮头处发生内漏时不便检查；浮头处发生内漏时不便检查；管束与管体间隙较大，影响传热。管束与管体间隙较大，影响传热。填料填料函式函式管束一端可自由膨胀；造价管束一端可自由膨胀；

18、造价比浮头式低；检修、清洗容比浮头式低；检修、清洗容易；填函处泄漏能及时发现。易；填函处泄漏能及时发现。壳程内壳程内介质有外漏的可能介质有外漏的可能；壳程中不宜处理易挥发、易燃、壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。易爆、有毒的介质。U型型管式管式只有一个管板；管程至少为只有一个管板；管程至少为两程；两程；管束可以抽出清洗；管子可管束可以抽出清洗；管子可自由膨胀。自由膨胀。管内不便清洗管内不便清洗；管板上布管少，管板上布管少，结构不紧凑结构不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果；管外介质易短路，影响传热效果；内层管子损坏后不易更换。内层管子损坏后不易更换。SIT8.1.3 壳体组对焊接的

19、要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接v壳体制造技术要求壳体制造技术要求 GB151钢制管壳式换热器钢制管壳式换热器 P217v管子与管板连接管子与管板连接 胀接胀接 焊接焊接 胀焊连接胀焊连接SIT8.1.3 壳体组对焊接的要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接v胀接胀接 原理原理 利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管管端发生塑性变形端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形管板孔同时产生弹性变形，取，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴去胀管器后，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。在

20、一起达到密封紧固连接的目的。 （a）胀管前）胀管前（b）胀管后）胀管后SIT8.1.3 壳体组对焊接的要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接v胀接胀接 应用及特点应用及特点 适用于直径不大、管壁不厚的管子；适用于直径不大、管壁不厚的管子； 管板材料的力学性能（如硬度）比管子材料高，保管板材料的力学性能（如硬度）比管子材料高，保证强度；证强度； 间隙较焊接小，避免间隙腐蚀；间隙较焊接小，避免间隙腐蚀； 强度和密封性不如焊接；强度和密封性不如焊接； 不适用于和壳程温差较大的场合不适用于和壳程温差较大的场合 保证紧密性的方法保证紧密性的方法：管板孔开槽；胀接周边保证清洁；：管板孔开槽

21、；胀接周边保证清洁；管子硬度低于管板孔周边硬度。管子硬度低于管板孔周边硬度。 保证管子硬度较低的方法保证管子硬度较低的方法：管子退火处理；选材考虑。：管子退火处理；选材考虑。SIT8.1.3 壳体组对焊接的要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接v胀接胀接 胀管率胀管率 目的：控制管子、管板的变形率。目的：控制管子、管板的变形率。 推荐的计算公式推荐的计算公式 管子内径增大率管子内径增大率 管子壁厚减薄率管子壁厚减薄率 21100%ddDdKD 21100%2ddDdWSIT8.1.3 壳体组对焊接的要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接v胀接胀接 计算胀管率需要

22、测量的数据计算胀管率需要测量的数据测量管板孔径测量管板孔径D D测量胀接前管测量胀接前管子外径子外径d d测量胀接前管测量胀接前管子内径子内径d d1 1测量胀接后的测量胀接后的管子内径管子内径 d d2 2SIT8.1.3 壳体组对焊接的要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接v胀接胀接 胀管率过小为胀管率过小为欠胀欠胀 不能保证必要的连接强度和密封性。不能保证必要的连接强度和密封性。 胀管率过大为胀管率过大为过胀过胀 可能使管子壁厚减薄量过大，硬化现象严可能使管子壁厚减薄量过大，硬化现象严重，甚至产生裂纹；重，甚至产生裂纹； 可能使管板产生塑性变形，使胀接强度下可能使管板产生

23、塑性变形，使胀接强度下降；降； 过胀后很难修复。过胀后很难修复。 液压胀管器液压胀接 机械胀接 SIT8.1.3 壳体组对焊接的要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接v焊接焊接 优点优点：用于不能胀接管子与管：用于不能胀接管子与管板，如材料相同、小直径厚壁板，如材料相同、小直径厚壁管、大直径管及壳程介质温差管、大直径管及壳程介质温差较大的场合等；强度较高、密较大的场合等；强度较高、密封性好。封性好。 缺点缺点：焊接接头处产生的热应：焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂；管子管板间隙大，易劳破裂；管子管板间隙大，易出现间隙腐蚀。出现间隙腐

24、蚀。 管板管板间隙间隙换热管换热管SIT8.1.3 壳体组对焊接的要求与管子管板的连接壳体组对焊接的要求与管子管板的连接v胀焊连接胀焊连接 优点优点 连接紧密，提高抗疲劳能力；连接紧密，提高抗疲劳能力； 消除间隙腐蚀和应力腐蚀；消除间隙腐蚀和应力腐蚀； 提高使用寿命。提高使用寿命。 施工方式：先胀后焊；先焊处胀。施工方式：先胀后焊；先焊处胀。 强度胀密封焊强度胀密封焊先胀后焊先胀后焊 强度焊贴胀强度焊贴胀先焊后胀先焊后胀SIT作业作业1v 管壳式换热器的工作原理。管壳式换热器的工作原理。v 固定管板式、浮头式、固定管板式、浮头式、U形管式换热形管式换热器结构上的主要区别及其特点。器结构上的主要

25、区别及其特点。v P223 8-3课后思考课后思考：管壳式换热器各主要零部件的作用管壳式换热器各主要零部件的作用SIT8.2 高压容器的制造高压容器的制造v10MPaP 30mm）卷焊卷焊成直径不同但可成直径不同但可过过盈配合盈配合的筒节，将外层筒节加热到计算的温的筒节，将外层筒节加热到计算的温度进行度进行套合套合，冷却收缩后得到紧密贴合的厚，冷却收缩后得到紧密贴合的厚壁筒节。壁筒节。SIT8.2.2 热套式高压容器热套式高压容器 工序少，周期短，且具有包扎式筒体的大多工序少，周期短，且具有包扎式筒体的大多数优点。数优点。 筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求筒体要有较准确的过盈量，卷筒的精度要求很高，且套合时需选配套合；很高，且套合时需选配套合； 套合时贴紧程度不很均匀；套合时贴紧程度不很均匀； 套合后，需热处理以除套合预应力及深环焊套合后，