管壳式换热器教学文稿

本文格式为Word版，下载可任意编辑——管壳式换热器教学文稿第7章管壳式换热器第一节管壳式换热器的总体布局其次节管壳式换热器的主要零部件第三节管壳式换热器的选用及设计流程第四节其它形式换热器简介1换热器是大量工业部门广泛应用的通用工艺设备通常在化工厂的创办中换热器约占总投资的1140它的先进性合理性和运转稳当性将直接影响产品的质量数量和本金2根据不同的目的换热器可以是热交换器加热器冷却器蒸发器冷凝器等第一节管壳式换热器的总体布局一概述化工生产对换热设备提出的要求是传热效率高流体阻力小强度刚度稳定性足够布局合理节省材料本金较低制造装拆检修便当等4任何一种换热器不成能十全十美板式换热器传热效率高金属消耗量低但流体阻力大强度和刚度差制造修理困难列管式换热器虽在传热效率紧凑性金属消耗量等方面均不如板式换热器但其布局坚忍稳当程度高适应性强材料范围广因而目前仍是石油化工生产中尤其是高温高压和大型换热器的主要布局型式第一节管壳式换热器的总体布局一概述管壳式换热器是把换热管束与管板连接后再用筒体与管箱包起来形成两个独立的空间管内通道及与其相贯串的管箱称为管程空间换热管外的通道及与其贯串的片面称为壳程空间二管壳式换热器的种类及其布局1列管式换热器的主要布局2列管式换热器的工作原理列管式换热器列管式换热器的主要类型从布局上分固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器填料函式换热器固定管板式换热器布局图1固定管板式换热器带膨胀节的固定管板式换热器布局图1固定管板式换热器1固定管板式换热器1布局特点两块管板均与壳体相焊接并参与了热补偿原件膨胀节2优点布局简朴紧凑能承受较高的压力造价低管程清洗便当管子损坏时易于堵管或更换3缺点不易清洗壳程壳体和管束中可能产生较大的热应力冷热流体温差不能太大504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差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合折流板提高壳程流体的流速和湍动程度隔板增加管程数提高管内流体流速流速增加传热效率提高但滚动的阻力也同时增加膨胀节的作用由于两块管板都与壳体固定当壳体换热管受热受压都会发生变形参与膨胀节裁减热应力来吸收热膨胀差当壳体和管子之间的温差较大6070且壳体承受压力不太高时可采用补偿圈又称膨胀节2浮头式换热器浮头式换热器布局图2浮头式换热器2浮头式换热器浮头布局图1浮动管板2浮头钩圈法兰相连3浮头盖1布局繁杂制造本金高2在壳体直径一致时排管数量少换热面积小3浮头处发生内漏不易察觉4换热管束与壳体之间的环隙大传热效率低5管束可以抽出便于清洗6管壳间不产生温差应力可适用于高温差粘度大介质换热场合炼油厂广泛采用3U型管式换热器3U型管式换热器3U形管式换热器U型管式换热器的特点优点管子在管壳内自由伸缩适于冷热流体温差较大的处境U型换热管可拉出壳外便于管外清洗布局简朴只有一块管板无后管板和浮头耐高温高压缺点管内清洗困难难于安装折流板换热管少等壳径处境下布局不紧凑2适用场合更加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U型管式换热管箱器布局图U型换热管布局图4填料函式换热器1布局特点该换热器的布局与浮头式换热器的布局好像只是浮头伸到了壳体外斧头与壳体之间采取填料函式密封填料函式密封填料函式换热器2优点布局简朴加工制造便当造价低管内和管间清洗便当3缺点填料处易泄漏4适用场合4MPa以下且不适用于易挥发易燃易爆有毒及宝贵介质使用温度受填料的物性限制30换热器构件名称1管箱ABCD型2接纳法兰3设备法兰4管板5壳程接纳6拉杆7膨胀节8壳体9换热管10排气管11吊耳12封头13顶丝14双头螺柱15螺母16垫片17防冲板18折流板或支承板19定距管20拉杆螺母21支座22排液管23管箱壳体24管程接纳25分程隔板26管箱盖根据我们前面学习的内容请说说序号2381221各代表什么零件其次节管壳式换热器的主要零部件一壳体一固定管板式换热器中轴向内力分析与计算二壳体壁厚确实定提示本节将介绍管壳式换热器壳体设计换热管选择管板管箱折流板及其相关联接形式等主要零部件的布局设计等一固定管板式换热器中轴向内力分析与计算壳体与管束通过管板刚性连接在一起它与一般容器壳体不同之处是在确定其厚度时要验算其轴向应力截面法力平衡变形协调方程EsEb1由介质内压引起的轴向力从计算结果可以看出固定管板式换热器的壳体在承受介质内压时由于有管束的扶助其轴向应力比一般容器还要小所以由内压引起的轴向应力在总的轴向应力中占的比例很小主要需要考虑的是下面要议论的热应力壳体与管壁内轴向应力的计算一固定管板式换热器中轴向内力分析与计算2由管束与壳体温差引起的热应力tttt一t0Lssts一t0L35温差应力的产生2由管束与壳体温差引起的热应力3637管子拉脱力的计算限于管子与管板胀接处境1介质压力和温差力对管板的作用假设管壁温度壳壁温度382拉脱力的计算计算的目的保证胀接接头的坚韧连接和良好的密封性拉脱力定义管子每平方米胀接周边上所受的力单位为帕引起拉脱力的因素为操作压力和温差力1操作压力引起的拉脱力qp介质压力作用的面积f如图示39介质压力p取管程压力和壳程压力两者中的较大者管子外径为d0管子胀接长度为l那么拉脱力为2温差力引起的拉脱力qt每根管承受温差力为tat那么拉脱力为3合拉脱力两者使管子受力方向一致取之和两者使管子受力方向相反取之差404拉脱力判据计算合拉脱力务必小于许用拉脱力qq管端不卷边管板孔不开槽取20MPa管端卷边或管板孔开槽取40MPa许用拉脱力q确实定414243443温差应力的补偿目的解决壳体与管束轴向变形的不一致性或者说消释壳体与管子间的刚性约束实现壳体和管子自由伸缩补偿方法a减小壳体与管束间的温度差使传热膜系数大的流体走壳程壳壁温度低于管壁温度时对壳体举行保温b装设挠性构件壳体上安装膨胀节见书P217图738将直管制成带S形弯的管如氨合成塔内的冷管45c采用壳体与管束自由伸缩的布局1填料函式换热器46填料函布局之三472浮头式换热器48浮头式换热器布局之二49d套管式布局如三十万吨合成氨装置中的废热锅炉50氨合成塔中双套管式触煤筐冷管布局514膨胀节布局及设置装在固定管板式换热器上的挠性元件a膨胀节的作用及布局形式作用对管子与壳体的膨胀变形差举行补偿以消释或减小温差应力b布局形式1平板焊接膨胀节2波形膨胀节523夹壳式膨胀节4波纹管53c务必设置膨胀节的条件得志下述条件之一者d膨胀节的选用及安装依据标准GB167491997压力容器波形膨胀节安装留神1与壳体对接焊保证焊透2要举行无损探伤3最低点设置排液孔当壳体受轴向拉伸时其强度条件二壳体壁厚确实定1设计按压力容器壁厚计算公式计算2校核轴向应力介质应力与热应力公式注s为壳体应力并非屈服极限换热器壳体的公称直径以400mm为基数以100mm为进级挡和卷制容器筒体稍有不同的是必要时也可采用50mm为进级挡DN不大于400mm的壳体可以用钢管制作换热器壳体最小壁厚远大于一般容器其规定见表162二管束1换热管的尺寸规格及材料换热管换热管是管壳式换热器的传热元件主要通过管壁的内外面举行传热所以换热管的外形尺寸和材料对传热有很大的影响小管径且管壁较薄的管子在一致的壳径内可以排列较多的管子使换热器单位体积的传热面积增大布局紧凑单位传热面积金属耗量少传热效率也稍高一些但制造麻烦且易结垢不易清洗换热管材料由压力温度介质的腐蚀性能抉择主要有碳素钢合金钢铜钛塑料石墨等金属材料碳素钢低合金钢不锈钢铜铜镍合金铝合金钛等非金属材料石墨陶瓷聚四氟乙烯等管子选用要留神单位传热面积的金属耗量传热效果布局紧凑清洗及结垢等等因素一般对清洁流体用小直径管子粘性较大的或污染的流体采用大直径管子我国管壳式换热器常用换热管为碳钢低合金钢管外径壁厚19225253835735不锈钢管2523825长度规格11520253045607590120m在炼油厂所用的换热器中最常用的是6m管长换热管一般都用光管为了强化传热也可用螺纹管带钉管及翅片管换热器的长度与公称直径之比LD一般为425常用的为610立式换热器多为462换热管在管板上的排列方式有正三角形转角正三角形正方形和转角正方形同心圆等如下图流体滚动方向流体滚动方向正三角形转角正三角形1三角形排列正三角形排列的管束正三角形最普遍由于在一致的管板面积上排管最多布局紧凑同一板上管子比正方形多排10左右但管外清洗不便当适用于壳程介质污垢少且不需要举行机械清洗的场合管板焊接纳口流体滚动方向流体滚动方向正方形转角正方形正方形排管少布局不够紧凑但管外清洗较便当一般在固定管板式换热器中多用三角形排列浮头式换热器填料函式换热器中多用正方形排列换热管排列图2正方形排列正三角形与转角正方形排列时流体在垂直流向拆流板缺口时正对换热管冲刷换热管外外观可提高换热效果同时此二种排列方式较转角正三角形和正方形排列的流体通道截面小有利于提高流速提高换热效率流体滚动方向转角正方形流体滚动方向正三角形隆重排荐在多程换热器中多采用组合排列方法即每一程中都采用三角形排列法而在各程之间为了便于安装隔板那么采用正方形排列法3组合排列4同心圆排列法同心圆排列布局紧凑在换热直径较小时排管数比三角形排列法的管数多换热面积最大优点是靠近壳体的地方布管平匀介质不易走短路可用于制氧设备中或大型蒸发装置中同心圆排列由于管间距不等使得壳程各处压力不等流体轻易从阻力小的地方漏流较少采用无论何种排列方式最外圈换热管外壁与壳体壁间的距离均不应小于换热管外径的14且不小于810mm3管间距换热管中心距管间距管板上两换热管中心的距离管间距用s表示多程换热器分程隔板两侧管间距应加大用sn表示管间距影响管板强度与壳程阻力换热器形状尺寸等管间距要便于管子与管板间的连接由于对于胀接或焊接来讲管子间距离太近都会影响连接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坏4最大布管限定圆直径DL1固定管板式U管式DLDi2b3b3025d0且不小于8