换热器第四章换热器设计

第四章热器的设§4-1管壳式换热器的设式，也是回热系统的基本组件，对提高电厂效率起着非常重要的作用。公称直径对于卷制圆筒为圆筒内直径（mm），至于制圆筒则为外径（mm）。 以换热管外径为基准扣除管板内的换热管长度后计算得到的管束公称换热面积经圆整后的计算换热面积，m2700mm2.5MPa公称换热面积20025mm,9m其型号为BEM7002.5/1.-20-9/25Ⅰ公称换热面积75㎡，较高级冷拔换热管外径19mm,管长6m，2管程单壳程的U型管式换热器，其U形管，根据传热管的构造和传热性能又可再分为：普通管、热系数，从而换热器也较紧凑。但大管径的管子易于，更强固，当允许的管侧压降很小时管壁厚度必须分别进行管力或管壁的最大压差测试，但是，很多情况下压力不是管我国管壳式换热器常用换热管为：碳钢、低合金有Φ19×2、Φ25×2.5、Φ38×3、Φ57×3.5；不锈有Φ25×2、Φ38×2.5。长换热器的安装和一般很。这种情况下，壳体大而短的换热器更好，尽管单位换热面传热管根数取决于流体流量和允许的压降。通常要使得管侧水或类似流体的流速为式、U形管式等；管侧的程数；设计压力；接管直径；拉杆和密封装置所占空间；流道折流板ⅰ管心距少结垢，易于。大部分的管壳式换热器中，管1.25倍，因为管板上的孔桥可ⅱ传热管布局ⅲ四种标准的排列方式：4-2三角形（30º、转角三角形（60º4-2（90º、转角正方形（45º是根据流动方向而不是根据水平还是垂直参考线来确定，30º、4º、45º属于错排，而90º属于正排。对于相同的管心距和流率，壳侧传热膜系数和压降降低的管子排列顺序为：30º、45º、60º、90º4-3（a）30°（b）60°（c）90°（d）45°；传热4-3（a）30°（b）60°（c）90°（d）45°；（30º0º/15%在一定直径的壳体内。这些排列方式易于，但缺点是很难用机械方法管间部分。由在管间硬物，只能用化学方法或喷射水来。正方形和转角正方形排列：当壳侧需要进行机械时，必须采用45º和90º的排列方式，并且至少要保证有6.35mm管间间隙。对机械理论上没有管外径的最小限制，但实际上6.35mm1520mm。正方形的排列在固定管板式换热器的设计中一90º的排列方式用于湍流，因为在湍流情况下的排列方式有较高的传热膜系数和较低的压降；②对于再沸器，正方形排列由于稳定性好比较适合。90º折流板分别是：1）2））为广泛。（带有折流板孔HDs的百分比。错流管束的传热和20%20%的弓形切口压降较大，随20%，流动方式越来越偏离错流，导致形成低流速的滞流区，切口过大或过的间距为壳体内径的1/5~1，但40~50%为最TEMA折流板布置在壳程接管之间，根据接TEMA标准给出了横向折4-44-4折流板，适用的壳侧流动的场合：①冷凝，允许冷凝液流动到出口而不过多地淹没管4-54-5（b）（c）管板与壳体的连接方式有两类：1两侧都采用整体结构；2壳侧为整体结构而管箱侧为垫片式一侧整体式另一侧垫片式；34-6管—管板的连接通常采用胀接、焊接、胀接与焊接、焊接和铜焊4-64-7下甚至某些压力并不太高的场合都使用焊接连接，。焊接连接的缺点是只在管子端部4-710mm，ps 1MPaps 1MPaps不宜用于易燃、易爆、以挥发 介质的场4-84-8子的花费高，因此设计在设计时一般只使用一个壳体来满足要求的换热面积。比较经济的管板与壳体的不可拆连接；根据管板是否兼作法结构不用，多数情况下采用管板兼作法兰的结构。在浮头式、U形管式换热器中固定端的管板与壳体采用可拆连接，将管板夹持在壳体（a）ps4MPa,壳程介质 4-9装置防止管子冲蚀和振动。撞击保护装置的形式包括：冲击板、防冲杆和环形分布器。Collin4-11膨胀节用于补偿热交换器、压力容器和含有高温流体管道产生的各种热膨胀。膨胀节吸收换热器中壳体与管束因温度不同而产生的轴向伸缩，尤其是对固定管板式热交换器更有效。对（4-1116程。管侧的最大程数取决于制造工人能否在可用的空隙内将分程隔板、螺栓和法兰等安U4-12 。压降：如果一种流体的压降很关键，且须精确时，该流体应走管程200如果管内流动为层流，同样的流体走壳程就可能为湍流。但是，如果走壳程还是层流，最好让粘稠流体走管侧，因为这样传热和流动分布更容易一些。毒性流体：流体一般应走管内，管板以减少的可能性二、管壳式换热器的设计方法和步设计GB150-98容器的制造与检验规程[1]。标准GB151-99细化了管壳式换热器的结构规范[2]；文献[3]了Q’；初步进行结构设计：选择管子的排列方式，初步布管，确定壳体直径；计算管长/直（≤l/d≤2560K’；若与假设值的相对误差<5~10%，设计合适；否则完成全部结构设计：壳体壁厚、接管、膨胀节、支座、Q’；Q，比较Q’、Q，判定已知换热器能否满足工艺要求(相对误差<5~10%三、管壳式换热器设计举设计资1014.1使用地烈度7使用地最高气温使用地最低气温-pH主机配置情况：汽轮发电机组采用汽轮机的汽轮机和汽轮发电机有限公技术 单#21加热器2型卧式U345℃26℃78根9管壳管℃壳℃管壳设计条1 量进口压力进口温度进口热焓出口温度出口热焓最大允许压降最大允许管侧水流速设计压力（管侧）设计温度（管侧）试验压力（管侧）2. 量进口压力MPa进口温度进口热焓设计压力（壳侧）设计温度（壳侧）试验压力#2#3 量 度 焓 量 度 焓疏水端差热力设计与计

qm1(h1h5)qm6(h9h6)qmcd(hcdh5

qm1汽进口流量，kgh1汽进口焓，Jh5蒸汽出口焓，Jkgh9给水出口焓，Jkgh6给水进口焓，Jkghcd

疏水进口焓，J695506 0.98(268790040580kg/（215.8℃

t

t9lntbtb

t℃℃℃℃tb壳侧压力下蒸汽的饱和温度。查表得，0.078MPat

89.9ln93.493.4

14.85Kb[W/（1Kb 1

r

i t s侧表面传热系数W/（㎡s热管壁厚0.8103热管热导率t侧表面传热系数W/（㎡Ri侧污垢热阻（㎡Rr侧污垢热阻（㎡ gu

1/s0.725

dr

Tw

0.43kg9.81m2298.993.4℃ gu

1/s0.725

dr

Tw9.812298.91030.4322.47210231/0.725

11.981064493.4 16800.32W/m2℃

4-1材 材 定性温度

t92

83.953.92978.5kg/m3,66.8W/mK,Pr2.6,41.0105PaRedv978.50.0161.214.6204 当104Re2106it0.023/dRe08Pr0it

46204082.608.43105W/m2℃污垢热阻Ri、Rr的值按TEMA标准的污垢热阻见表4-4-2污垢热阻RiRr加热介质的温度水的温度水速水蒸汽（

Ri17.6105m2℃

Rr8.8105m2℃1Kb 1 r

i t 0.0008

1 8.810517.6105

8.43105

2543.4W/m2℃b传热面积Am2bA

h696695506377600225670b t 14.852543.4bA'bA'

A577.4

阻力加热器的管侧阻力包括水室给 阻力p1，传热 阻力p2，传热管U形头阻力p3和传热管直段阻力p4

Fp1p2p3p4

ptF——安全系数，取1.05 C

110

式中，1—给 局部阻力系数，取v—平均运行温度下的给水比体积，1.022103m3

110613）传热 阻力损失p2

Ct

22v式中，2—传热 局部阻力系数，管端突出管板面，取Ct—传热管内水速，2.42mn1—与流体进出传热管次数（流程)有关的系数，见表4-4-312NU1U

t22v

1064）Up3 t t

N 102 32v102式中3—U形弯头局部阻力系数，取C2 t106 32v传热管直段阻力损失p4pp

C

10Nl10 i 22v i220.3164Re025Re为给水在传热管内的雷诺数20.3164/Re02

462040

C2

1060.0116MPa22v

ptFp1p2p3p4

结构设计与强度计h）允许提高PHi、管端冲蚀：冷却水由水室进入管端的水速度变化较大，可以从11m/s~.3m/端，水和气泡很快混合形成剧烈的扰动，产生湍流现象，而在管端的150mm左右呈“马蹄”型腐蚀。硫化物的冲击也会引起类似现象，很快会将管端部分损坏，而不锈耐冲刷性就十分好，不会产生类似现象。约是黄铜管的1/6，但是在热交换器中热传导系数不完全反映实际的热传递，热交换器的52%。，为贵厂设计的方案采取的是在管孔周围开1×1mm的应力槽以便在焊接时能消除由于焊1632kgf2.67，采用φ16mm的Ｕ形管，管内外流体与管壁充分接触，有利于传热，且布管灵活，管壁较传热管壁厚smm按下式计s

1dr

s—计算壁厚

4rp—管侧设计压力，2.5MPadr—传热管外径t—传热管许用应力，147MPa（见r—传热管最小弯曲半径mms

dr因 2t0.8p

4r

根据生产经验，传热管壁厚取 m，最外两层及最里两层管子壁厚为 m m；管程为双流程；管孔0径为0

m；拉杆与管板采用螺纹连接，螺纹公称直径Ｍ20，螺孔深度 m。管GB151AdAtDtAd

mm2Adn'SSn0.866S

式中，n'——沿隔板槽一侧的排管根数S——换热管中心距 mSn——隔板槽两侧相邻管中心距 mAdnSSn0.866S5321.5760.86621.565385.652DGGB150-19989DGDbdb式中Db——螺栓中心圆直径 mdb——螺栓孔直径 m2b''——操作状态垫片有效密封宽度 m

，

tAt

A1.732nS2dtdtnntdA1.732nS td4D44Dt4

计算t，

4-4得系数ttDt2RRRDG2

15051.4404-4，得C 4-4系数Cc

t1/1/C)确定管板设计压psptpspt为负压，因此，管板设计压力pd为两者之间的较大者，即d)计算管板厚度

pd

0.82

CcCctrCctr0.25880.4rt—设计温度Cctr0.25880.4r0.82

0.82

105t

d2 p p

aadrss3.14160.80.838.182ptps p r p r

0.64

1psptt

d2 p p

3.141624

pspttpstmax

drpr

pt

tt设计温度下，换热管材料0Cr18Ni9的许用应力t137ttt

tdrq tdrtdr3.1416q

5.0MPaq0.5t，满足要求ssp

Dic—壁厚附加量，4s

c

21500.85

417.86s20mms'

pDi

KKs

pDi

c

2.5140021500.85

417.79s20mmss

c

21800.85

213.4614s'

pDi

c

2.5140021800.850.5

213.4514mm

qvp0qm1kg

A

vm3kgpMPan—蒸汽接管数量 A 428684.3mm2di4代入，得di4

di4444600mm给水流通面积（mm2）A qmi

对疏水进口接管，流通面积（mm2）A

式中，qmi—介质流量kg/h，给水 流量取qm6qmCD—疏水进口流量，kg/hvm3Ctms4-5Gkg/m2mt mt kgm3 m3h m3h4-5

mGA

7.52444dr4

282300

890826.78kg/A 44

12313.714dr4

128.7150mm2270，2400mm。4-60℃12壳体开孔处焊接接头系数10022010开孔削弱所需的补强面AAA m2，大于A，不需另外补强 AA1A2A34-70℃12壳体开孔处焊接接头系数02010开孔削弱所需的补强面补强区内的焊缝面积AAA2115mm2A AA1A2A34-8进水口接管（Φ159×5）0℃12壳体开孔处焊接接头系数0200开孔削弱所需的补强面补强区内的焊缝面积AAA m2，大于A，不需另外补强 AA1A2A34-9安全阀口接管（Φ89×4.5）0℃12壳体开孔处焊接接头系数0200开孔削弱所需的补强面补强区内的焊缝面积AAA m2，大于A，不需另外补强 AA1A2A314在进入给水加热器的蒸汽中，往往带有一些其它不凝结气体（诸如氧、氢、氨等。蒸汽在加热器中凝结成水的过程中，这些气体便被析出，并在传热管束区域。这些气体逐步增加，并与水生成有害物质，对管子表面会产生腐蚀，并形成腐蚀层，腐蚀层剥离后还会形成凹坑最终导致此外这些不凝性气体在管子周围也使加热器的传热效率明显降低四、壳式换热器的运传热管的振动问fsfsfn接近或相等时，管有关资料表明，当管子横向中心距T与管子外径dr1.5倍时，涡流脱落将不会引ft，当湍流脉动的主频与传热管的固当壳体直径≤457mm时，过热蒸汽冷却段和凝结段的支撑板和导流板的最小厚度为9.5mm，当壳体直径>457m