(2024年)固定管板式换热器设计讲课教案

固定管板式换热器设计讲课教案2024/3/261CATALOGUE目录引言固定管板式换热器结构与设计参数热工计算与传热分析结构设计与优化制造工艺与检验标准运行维护与故障排除总结与展望2024/3/26201引言2024/3/263换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间进行热量交换的设备。换热器定义换热器分类换热器应用领域根据结构形式，换热器可分为管式、板式、翅片式等多种类型。广泛应用于石油、化工、电力、冶金等工业领域。030201换热器概述2024/3/264由管板、换热管、壳体、封头等部分组成，管板与换热管采用焊接或胀接方式连接。结构特点结构简单、紧凑、造价低；适用于高温、高压及大流量场合；易于清洗和维护。优点传热效率相对较低；管板与换热管连接处易产生泄漏；流体阻力较大。缺点固定管板式换热器特点2024/3/265

设计目的与意义设计目的根据工艺要求，设计出满足特定生产需求的固定管板式换热器。设计意义提高生产效率，降低能耗；保证产品质量和安全生产；促进节能减排和可持续发展。设计要求在满足工艺要求的前提下，尽可能提高传热效率、减小流体阻力、降低制造成本。同时，还应考虑设备的操作、安装、维修方便等因素。2024/3/26602固定管板式换热器结构与设计参数2024/3/267管板管板是固定管板式换热器的核心部件，用于支撑和固定管子，并分隔壳程和管程。管板上开有与管子相匹配的管孔，管孔的数量、直径和排列方式根据设计需求确定。壳体壳体是固定管板式换热器的外部构件，用于容纳管子和管板。壳体的形状、尺寸和材质根据设计需求和制造工艺选择。折流板或支撑板折流板或支撑板用于支撑管子并引导壳程流体的流动，以增强热交换效果。其数量、位置和结构根据设计需求确定。管子管子是热交换的主要元件，负责将热量从一种流体传递到另一种流体。管子的材质、直径、壁厚和长度等参数根据设计条件和流体特性选择。结构组成2024/3/268设计压力与温度换热面积流速与压降污垢系数设计参数选择根据工艺条件和流体特性确定设计压力和温度，确保换热器在安全范围内运行。合理设计流速以控制压降，确保流体在换热器内均匀分布并充分热交换。根据热负荷、流体流量和温差等参数计算所需的换热面积，并选择合适的管子数量和排列方式。考虑流体中的污垢对热交换的影响，选择合适的污垢系数以修正设计参数。2024/3/269根据流体特性、设计温度和压力等条件选择合适的管子材料，如碳钢、不锈钢、铜合金等。管子材料管板材料应具有足够的强度和耐腐蚀性能，通常选择与管子材料相同或相近的材质。管板材料壳体材料应具有足够的强度和刚性，以承受外部载荷和内部压力。同时，应考虑其耐腐蚀性能和制造工艺性。壳体材料密封材料应具有良好的密封性能和耐高温、耐腐蚀性能，以确保换热器在运行过程中不发生泄漏。密封材料材料选择与要求2024/3/261003热工计算与传热分析2024/3/2611基于能量守恒定律，分析换热器内热量传递和平衡关系。热平衡原理应用传热学基本原理，建立换热器传热过程的数学表达式。传热方程式根据传热方程式和实际工况，计算换热器的换热效率。换热效率计算热工计算基本原理2024/3/2612流体流动状态研究流体在换热器内的流动状态对传热过程的影响。传热方式分析导热、对流和辐射等传热方式在换热器中的作用。温度分布与热阻分析换热器内温度分布和热阻对传热效果的影响。传热过程分析2024/3/2613通过增加翅片、波纹板等方式，增大有效传热面积。增大传热面积优化流体通道设计，提高流体在换热器内的流速。提高流体流速选用导热性能好的材料，提高换热器的传热效率。采用高效传热材料通过增设扰流元件，加强流体在换热器内的扰动，提高传热效果。加强流体扰动传热强化措施2024/3/261404结构设计与优化2024/3/2615管板布局原则考虑管板受力均匀性、流体分布均匀性及方便制造等因素。强度计算方法采用有限元分析等方法对管板进行应力分析和强度校核，确保管板在各种工况下均能满足强度要求。管板材料选择根据介质性质、操作条件及经济合理性等因素，选择适当的管板材料。管板布局与强度计算2024/3/2616123根据管束长度、重量及流体诱导振动等因素，选择合适的支撑方式，如折流板支撑、拉杆支撑等。管束支撑方式针对流体诱导振动等问题，采取增加阻尼、改变流体流动状态等措施，降低振动幅度和频率。防振措施支撑件应满足强度、刚度和稳定性要求，同时考虑耐磨蚀、耐高温等性能要求，选择合适的材料和结构形式。支撑件设计与选材管束支撑与防振设计2024/3/2617通过改变结构形状和布局，寻求最佳传力路径和降低应力集中，提高结构整体性能。拓扑优化尺寸优化形貌优化多学科设计优化在满足强度和刚度要求的前提下，通过调整结构尺寸，实现材料的最优利用和降低制造成本。针对局部结构进行形状调整，改善应力分布和降低应力集中系数，提高结构疲劳寿命。综合考虑结构、热、流体等多个学科因素，实现整体性能最优。结构优化方法2024/3/261805制造工艺与检验标准2024/3/2619材料准备根据设计要求，准备所需的管材、板材、焊材等，并进行质量检查。加工与成型对管材进行切割、弯曲、胀接等加工，对板材进行切割、钻孔、折弯等成型操作。组装与焊接按照设计要求，将各部件组装在一起，并进行焊接操作。热处理与试压对焊接后的产品进行热处理，消除应力，然后进行试压，检查是否泄漏。制造工艺流程2024/3/2620确保焊接质量符合设计要求，避免出现裂纹、气孔等缺陷。焊接工艺控制确保胀接紧密，不出现泄漏等问题。胀接工艺控制控制加热温度、保温时间和冷却速度，确保产品性能稳定。热处理工艺控制关键工艺控制点2024/3/2621外观检查检查产品表面是否平整、无裂纹、无锈蚀等缺陷。尺寸检查检查产品尺寸是否符合设计要求，包括长度、直径、壁厚等。压力试验对产品进行压力试验，检查是否泄漏，确保产品安全可靠。出厂验收按照相关标准和合同要求，对产品进行综合验收，合格后方可出厂。检验标准与验收要求2024/3/262206运行维护与故障排除2024/3/2623运行操作注意事项启动前检查停车操作启动操作运行监控确认设备外观完好，紧固件无松动；检查进出口阀门状态，确保无泄漏；检查仪表及控制系统是否正常。先开启冷流体进出口阀门，再缓慢开启热流体进出口阀门；观察设备运行情况，逐步调整至正常工况。定期检查温度、压力、流量等参数，确保设备在安全范围内运行；注意监听设备运行声音，发现异常及时处理。先关闭热流体进出口阀门，再关闭冷流体进出口阀门；停车后应排尽设备内积液，防止冻结或腐蚀。2024/3/262403长期停用保养长期停用时，应对设备进行彻底清洗、干燥，并采取防锈、防尘措施。01日常维护保持设备外观整洁，定期紧固松动的螺栓；定期检查进出口阀门、仪表及控制系统，确保其正常可靠。02定期维护根据设备运行情况，制定清洗、检修计划；定期对关键部件进行润滑、调整或更换。维护保养计划制定2024/3/2625压力异常检查进出口阀门、管路是否堵塞，及时清理；检查压力表是否失灵，必要时更换。振动与噪声检查设备基础是否稳固，必要时加固；检查进出口管路是否安装合理，调整支撑结构。泄漏故障检查密封件是否老化、损坏，及时更换；检查紧固件是否松动，及时紧固。换热效果不佳检查进出口阀门是否开启到位，调整流量分配；清洗换热管内外表面，提高传热效率。常见故障及排除方法2024/3/262607总结与展望2024/3/2627本次课程重点内容回顾固定管板式换热器的基本构造和工作原理重点介绍了换热器的管板、管束、壳体等关键部件及其作用。设计计算方法和步骤详细讲解了如何根据工艺条件进行热负荷计算、确定换热器型号和尺寸、进行流体力学计算等。材料选择和强度计算介绍了常用材料及其性能，以及如何进行管板和壳体的强度计算和校核。制造、检验和安装要求概述了换热器的制造工艺、检验方法和安装注意事项。2024/3/2628高效化提高传热效率，降低能耗是未来的重要发展方向。紧凑化减小设备体积，提高单位体积传热面积，以适应现代工业对设备紧凑化的要求。耐高温、高压随着工艺条件的不断提高，对换热器耐高温、高压性能的要求也越来越高。环保化采用环保材料和制造工艺，降低对环境的影响。固定管板式换热器发展趋势2024/3/2629新型材料的开发与应用研究新型耐高温、高压、