(完整word版)管壳式换热器的机械设计.pdf

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1、第七章管壳式换热器的机械设计本章重点：固定管板式换热器的基本结构本章难点：管、壳的分程及隔板建议学时：4 学时第一节概述一、定义：换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。二、衡量标准：1.先进性传热效率高，流体阻力小，材料省；2.合理性可制造加工，成本可接受；3.可靠性强度满足工艺条件。三、举例1 冷却器（cooler）1)用空气作介质空冷器aircooler 2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0-20保冷器deepcooler 2 冷凝器 condenser 1)分离器2)全凝器3 加热器（一般不发生相变）heater 1)预热器（preheater）粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降；

2、2)过热器（superheater）加热至饱和温度以上。4蒸发器(etaporater),发生相变5再沸器（reboiler）6废热锅炉（waste heat boiler）看下图说明其结构及名称四、管壳式换热器的分类1、固定管板式换热器：优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管坏时易堵漏。缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50，设置膨胀节。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。2、浮头式换热器：管束可以抽出，便于清洗；但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。适用于介质易结垢的场合。3、填料函式换热器：造价比浮头式

3、低检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现，但壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。适用于低压小直径场合。4、U 型管式换热器：文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q

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9、档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6结构简单，造价低，壳程可清洗，但管程不能清洗，一个管板，管子可自由伸缩，无温差应力，管板上布管少，结构不紧凑，管子坏时不易修补。适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀

10、性较强的场合。五、管壳式换热器机械设计内容管壳式换热器的设计：1、根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳程数；2、然后进行机械设计。内容有：1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；2）换热器封头选择，压力容器法兰选择；文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7

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17、计算。第二节管子的选用及其与管板的连接一、管子的选用1、直径：小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数稍高，但容易结垢，不易清洗，用于较清洁的流体；大直径管子用于粘性大或污浊的流体。2、规格：（外径壁厚），长度按规定决定。3、结构型式：多用光管，因为结构简单，制造容易；为强化传热，也采用异型管、翅片管、螺纹管等。4、材料：根据压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U

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24、2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6二、管子与管板的连接：(一)胀接：1)过程：最普通的是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，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。2）适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力4Mpa，设计温度300，且无特殊要求的场合。外径d14mm，不适合胀接。3）要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(二)焊接：优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较胀接简

25、单，压力较低时可使用较薄的管板。缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码

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32、后胀强度胀密封焊先胀后焊先焊后胀：高温高压换热器中大多用厚壁管，胀接时要使用润滑油，进入接头后缝隙中会在焊接时生成气体，恶化焊缝质量，只要胀接过程控制得当，先焊后胀可避免这一弊病。文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3

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39、同一板上管子比正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。2、正方形和转角正方形排列正方形和转角正方形排列，管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。要经常清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列或转角正方形排列。3组合排列法：多程换热器中。二、管间距：文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6

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46、符合国标规定，便于管子与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来讲，管子间距离太近，那么都会影响连接质量。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。三、换热器管板强度计算的理论依据简介1.实心园平板模型：将管板当作受均布载荷的实心园板，以按弹性理论得到的园平板最大弯曲应力为主要依据，并加以适当的修正系数来考虑管板开孔削弱和管束的实际支承作用，由此得到管板厚度的计算公式，偏于安全。2.弹性基础模型：将管束当作弹性支承，而管板则作为放置于这弹性基础上的圆板，然后根据载荷大小、管束的刚度及周边支承情况来确定管板的弯曲应力。由于它较全面地考虑了管束的支承和温差的影响，因而较精确

47、，但计算公式较多，计算过程繁琐，GB151-1999 采用的就是此法3.菱形面积法：取管板上相邻四根管子之间的菱形面积，按弹性理论求此面积在均布压力作用下的最大弯曲应力。由于此方法与管板实际受载情况相差较大，所以公用于粗略估算。四、管程的分程及管板与隔板的连接1、分程原因：当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。2、分程原则：各程换热管数应大致相等；相邻程间平均壁温差一般不应超过28；各程间的密封长度应最短；分程隔板的形状应简单。3、分程隔板：单层和双层两种。如下图。双层隔板具有

48、隔热空间，可防止热流短路。4、分程方式：文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6

49、文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9Q1Q8W8O6 ZM6Q1U9D7X6文档编码:CI5A3N4X5U2 HA9

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