换热器相关课件：换热器1

壳程结构折流板折流板的布置原则1、折流板一般应等距布置，尽量靠近壳程进出口接管。2、折流板最小间距应不小于壳体内直径的1/5，且不小于50mm，最大间距应不大于壳体内直径。3、折流板管孔与换热管间隙、折流板与壳体内壁间隙不能太大或太小。4、弓形折流板缺口弦高一般取（0.20~0.45）Di，通常取0.25Di。5、支持板形状与尺寸按折流板设计。折流板的安装d≤14mm时壳程流路F防短路结构DN≤500mm时，设一对旁路挡板。DN=500mm~1000时，设两对旁路挡板。DN≥1000mm时，设三对旁路挡板。每隔3~4排换热管设置一根挡管，折流板缺口处不设挡管。管中间挡板一般与折流板点焊固定，其数量不宜多于4块。折流杆壳程分程对分流双分流管板设计GB151《管壳式换热器》影响管板强度计算的因素1、管束对管板的约束作用2、管孔对管板的削弱作用3、管板周边不布管区对管板应力的影响4、管板边缘的支承形式和连接结构5、法兰力距对管板应力的影响1、把管板当作周边支承、承受均布载荷作用的实心圆平板，应用平板理论得到园平板最大弯曲应力，加入修正系数考虑管孔的削弱作用。这种设计方法对管板作了很大程度的简化，是一种半径验公式，应用较少。管板强度计算的基本假设2、把管板当作承受管束支承的固定圆平板，管板厚度取决于无管子支承区域的管板面积。这种方法适用于各种薄管板的强度校核及厚度计算。3、把管板视为放置在弹性基础上、承受均布载荷作用的多孔圆平板，根据载荷大小、管束刚度和周边支承情况来确定管板的弯曲应力。目前我国换热器计算采用第三种方法。管板受力分析管板危险截面环形不布管区外缘环形不布管区内缘圆形布管区最大径向弯矩处图2-52管板径向应力随半径变化的曲线危险工况组合Pt≠0，PS=0，△t=0σmax≤1.5[σ]tPS≠0，Pt=0，△t≠0σmax≤3[σ]tPS≠0，Pt=0，△t=0σmax≤1.5[σ]tPt≠0，PS=0，△t≠0σmax≤3[σ]t管板应力的调整增加管板厚度降低壳体轴向刚度过程设备强度计算软件SW6膨胀节设计

设置膨胀节的作用：（1）膨胀节是挠性构件，其轴向柔度大，在不大的轴向力作用下，可产生较大的轴向变形，可以有效地减小壳体和换热管由于温差产生的热应力。（2）防止管子与管板连接处不被拉脱。膨胀节的形式膨胀节的计算判断是否需要设置膨胀节膨胀节的尺寸设计膨胀节的应力计算和强度校核GB16749《压力容器波形膨胀节》判断是否需要设置膨胀节1、温差引起的轴向力F12、介质压力引起的轴向力F2和F33、应力评定壳壁应力管壁应力拉脱力管子稳定性膨胀节的尺寸设计膨胀节的应力计算和强度校核1、内压引起的轴向薄膜应力σ12、内压引起的经向薄膜应力σ23、内压引起的经向弯曲应力σ34、轴向力引起的经向薄膜应力σ45、轴向力引起的经向弯曲应力σ5膨胀节的轴向刚度管束的振动和防振纵向流体诱导振动横向流体诱导振动振动产生的不利后果机械失效噪音管子与管板连接处发生泄漏管子发生严重弯曲；交变应力导致管子发生疲劳破坏；换热管的摩擦和碰撞；管子通过折流板处的自踞作用；壳程流体压力将增大；产生强烈的噪音（通常大于150分贝）激振机理卡曼涡街流体弹性激振流体弹性激振的特点自激性（1）壳程流体的流速达到或超过临界流速（2）有其它的激振机理存在流体弹性激振的条件湍流颤振湍流颤振主频率与换热管自振频率相等时会引起换热管共振声振动关于声振动应注意的几点（1）由于声振强度随壳程流体流速的增大而增大，但达到共振点以后，会随壳程流体流速的增大而减小，所以声振强度不会无限制地增大。（2）壳程流体的物理性质决定声速，壳程流体为液体时，由于声音在液体中传播速度很高，很少会发生声振动。（3）声振动在顺排管中比在错排管中更容易发生，在转角正方形排列的管束中最容易发生。射流转换节径比≤1.5横流速度较低时卡曼涡街声振动横流速度较高时流体弹性激振横流速度很高时射流转换换热管振动破坏的形式换热管的固有频率单跨管的自振频率多跨管的自振频率U形管的自振频率振动判据★振动可能★振动可能★振动可能★振动可能其中：fv---漩涡脱落频率ft---湍流颤振主频率

fa---声学驻波频率f1---换热管基频

v---流体横流速度vc---流体弹性激振临界速度

（1）适当降低流速（流量↓，管间距↑）。（2）改变管束系统的自振频率。

①减小跨距。②管子间插入杆状物或板条。③增大管子的强度和刚度（如增大壁厚）。④增大管子支承的强度和刚度（如增大折流板的厚度、采用折流杆等）。

（3）设置消声隔板。（4）破坏卡曼涡街的形成。（5）设置防冲板或导流筒。防振措施防振措施防振措施防振措施防振措施防振措施余热锅炉1、满足工艺生产的需要。2、节约能源，提高能源利用率。3、减少环境污染。余热锅炉的特点1、介质多种多样，工作条件各不相同。2、应特别考虑防腐、防尘、磨损等问题。4、工作条件苛刻，结构、材料等方面要求高。3、热负荷波动会影响余热锅炉的操作稳定性。5、余热锅炉工作情况的变化会影响到生产操作的稳定性。余热锅炉的结构形式管壳式余热锅炉烟道式余热锅炉列管式盘管式釜式10.2MPa汽水混合物高温转化气主线副线年产30万吨合成氨厂转化气第二余热锅炉高温水煤气气化炉汽水混合物加冷却水烟道式锅炉传热强化技术传热方程式Q=KF△T1、增大传热面积强化传热的途径新型换热器小直径管翅片结构2、加大平均温差逆流换热3、提高传热系数选用导热系数大的材料扩展表面管程分程防止结垢并及时除垢有功传热强化无功传热强化螺旋槽管槽管传热强化举例翅片螺旋翅片管翅片结构不适用于：高表面张力的液体冷凝含有大量固体颗粒的流体易结垢的流体壳程强化传热采用折流杆代替折流板采用新型折流板结构改变管子外形或在管子外加翅片壳程分程（1）壳体和管箱的壁厚计算（2）换热管与管板连接处的结构设计（3）壳体与管板连接结构设计（4）管板厚度计算（5）折流板、支持板等零部件的结构设计（6

换热管与壳体在介质压力和温差联合作用下的应力计算（7）管子拉脱力和稳定性校核（8）判断是否需要设置膨胀节，如果需要，则选择膨胀节的结构形式及基本尺寸；（9）

膨胀节的应力计算及校核（10）接管、法兰、支座等的选择；开孔补强设及计算等；（11）换热器的振动与防振如果选用换热器，则应进行压力降、传热面积及温差应力校核等方面的计算。补充：管壳式换热器的机械设计计算步骤思考题1、换热管与管板有哪几种连接方式？各有什么特点？2、换热管拉脱力产生的原因是什么？3、用增加壳体壁厚的方法来承受壳体中较大的温差应力可行吗？为什么？4、折流杆和折流板相比有哪些优点？5、管程数不能太多，且为偶数程，为什么？6、现行管板设计基本假设主要有哪几种？我国换热器设计标准采用哪一种？7、膨胀节壁厚增大，其轴向补偿能力也增大吗？为什么？8、简述流体弹性激振机理及条件。习题一单程固定管板式换热器，设计压力为0.9Mpa，壳体直径Di=1000mm。管程工作压力0.70Mpa，壳程