過程裝備制造與檢測——第八篇典型壓力容器

1、第篇 過程裝備制造工藝 8 典型壓力容器 8.1一、換熱器的概述一、換熱器的概述 換熱器是用來完成各種不同傳熱過程的設(shè)備。換熱器是用來完成各種不同傳熱過程的設(shè)備。 是許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。通常，是許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。通常，在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的1 10 0 40 40 。為什么呢？換熱器臺數(shù)占工藝設(shè)備總臺數(shù)的為什么呢？換熱器臺數(shù)占工藝設(shè)備總臺數(shù)的25-25-70%70%；質(zhì)量占工藝設(shè)備總質(zhì)量的；質(zhì)量占工藝設(shè)備總質(zhì)量的25-50%25-50%；檢修工作量；檢修工作量占總檢修量的占總檢修量的60-70%60-70%。應(yīng)

2、用廣泛應(yīng)用廣泛適用于多種目的：適用于多種目的： 熱交換，加熱，冷卻，冷凝，蒸發(fā)熱交換，加熱，冷卻，冷凝，蒸發(fā)3. 3.可靠性可靠性滿足操作條件滿足操作條件 , ,強(qiáng)度足夠強(qiáng)度足夠, ,保證使用壽命保證使用壽命二、衡量標(biāo)準(zhǔn)二、衡量標(biāo)準(zhǔn) 2. 2.合理性合理性 1. 1.先進(jìn)性先進(jìn)性 可制造加工，成本可接受可制造加工，成本可接受 傳熱效率高，流體阻力小，材料省傳熱效率高，流體阻力小，材料省 傳熱效率，流體阻力，強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)可靠度，耗材量，成本，制造，安裝，檢修接 管 法 蘭管 箱容 器 法 蘭排 氣 管膨 脹 節(jié)管 板拉 桿定 距 管折 流 板換 熱 管殼 程 接 管支 座排 污 口管 程 接 管管

3、殼式換熱器的結(jié)構(gòu)：三、不同目的的換熱器三、不同目的的換熱器 冷卻器（冷卻器（coolercooler）冷凝器（冷凝器（condensercondenser）蒸發(fā)器（發(fā)生相變）（蒸發(fā)器（發(fā)生相變）（evaporatorevaporator）加熱器（一般不發(fā)生相變）（加熱器（一般不發(fā)生相變）（heaterheater）再沸器（再沸器（reboilerreboiler） 廢熱鍋爐（廢熱鍋爐（waste heat boilerwaste heat boiler） 按傳熱方式或工作原理分類按傳熱方式或工作原理分類1 1、直接接觸式、直接接觸式傳熱效果好，但不能傳熱效果好，但不能用于發(fā)生反應(yīng)或有影用于發(fā)生

4、反應(yīng)或有影響的流體之間響的流體之間圖圖7-1 7-1 直接接觸式換熱器直接接觸式換熱器熱流體熱流體冷流體冷流體熱流體熱流體冷流體冷流體四、換熱器的基本類型四、換熱器的基本類型2 2、蓄熱式、蓄熱式溫度較高的場合，溫度較高的場合，但有交叉污染，但有交叉污染，溫度波動大溫度波動大圖圖7-27-2蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器冷冷流流體體冷冷流流體體熱熱流流體體熱熱流流體體3 3、間壁式、間壁式重點(diǎn)重點(diǎn)又稱表面式換熱器又稱表面式換熱器利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交換。冷熱兩種流體隔開，互不接換。冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流

5、體。給冷流體。應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣，應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣，如管殼式換熱器、板式換熱器等如管殼式換熱器、板式換熱器等對于間壁式換熱器，按間壁形狀進(jìn)一步分為對于間壁式換熱器，按間壁形狀進(jìn)一步分為(3)(3)管殼式管殼式(1)(1)管式管式(2)(2)緊湊式緊湊式螺旋板式、板式、板螺旋板式、板式、板翅、傘板等翅、傘板等排管、蛇管、套管排管、蛇管、套管重點(diǎn)重點(diǎn)特點(diǎn)：1、傳熱效率高 2、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，對于鋁制板翅式換熱器而言，單位體積的傳熱面積為15002500m2/m3，相當(dāng)于管殼式換熱器的820倍，重量僅為相同換熱面積的管殼式換熱器的1/10。3、適應(yīng)范圍廣，4、制造工藝復(fù)雜，要求嚴(yán)

6、格。5、容易堵塞，清洗和檢修較困難，若因腐蝕產(chǎn)生內(nèi)漏，則很難修理。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，操作管理方便，蛇管內(nèi)可承受高壓，還可用在傳熱面積不大的反應(yīng)釜內(nèi)作換熱構(gòu)件。缺點(diǎn)：通常容器內(nèi)的流體流速很低，故管外給熱系數(shù)小，加之容器內(nèi)各處溫度大致接近，因而平均溫差不大，所以換熱效果差，設(shè)備笨重，不適于作為需要換熱面積很大的換熱設(shè)備。套管式換熱器是將傳熱管（內(nèi)管）以同心圓狀插入外管中，它的傳熱面積是由成組排列的管子所組成，從上到下、從左至右由許多U形彎頭連接在一起，然后采用角鋼或槽鋼焊成支架，組裝而成。套管式換熱器一般適用于傳熱面積較小的場合，它比同樣傳熱面積的管殼式換熱器所需的空間容積要大，但其結(jié)構(gòu)簡單

7、，制造方便等優(yōu)點(diǎn)而廣泛的用作冷卻裝置。圖圖7-37-3換熱器構(gòu)件名稱換熱器構(gòu)件名稱1- 1-管箱管箱(A,B,C,D(A,B,C,D型型);2-);2-接管法蘭接管法蘭;3-;3-設(shè)備法蘭設(shè)備法蘭;4-;4-管板管板;5-;5-殼程接管殼程接管;6-;6-拉桿拉桿;7-;7-膨脹節(jié)膨脹節(jié);8-;8-殼體殼體;9-;9-換熱管換熱管;10-;10-排氣管排氣管;11-;11-吊耳吊耳;12-;12-封頭封頭;13-;13-頂絲頂絲;14-;14-雙頭螺柱雙頭螺柱;15-;15-螺母螺母;16-;16-墊墊片片;17-;17-防沖板防沖板;18-;18-折流板或支承板折流板或支承板;19-;19-

8、定距管定距管;20-;20-拉桿螺母拉桿螺母;21-;21-支座支座;22-;22-排液管排液管;23-;23-管管箱殼體箱殼體;24-;24-管程接管管程接管;25-;25-分程隔板分程隔板;26-;26-管箱蓋管箱蓋根據(jù)我們前面學(xué)習(xí)的內(nèi)容，請同學(xué)們說說序號根據(jù)我們前面學(xué)習(xí)的內(nèi)容，請同學(xué)們說說序號2 2、3 3、8 8、1212、2121各代表什么零件？各代表什么零件？列管式換熱器的工作原理：列管式換熱器的工作原理： T1 t0（環(huán)境） Tw T t1 t2 T2 列管式 t tw 列管式換熱器列管式換熱器將進(jìn)入管程的流體均勻分布到各換熱管，把管內(nèi)將進(jìn)入管程的流體均勻分布到各換熱管，把管內(nèi)流

9、體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還可流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還可通過通過設(shè)置隔板設(shè)置隔板起起分隔分隔作用。作用。管箱管箱五、主要零部件、分類及代號五、主要零部件、分類及代號 (a)(a)適用于較清潔介質(zhì)工況。檢查換熱管內(nèi)及清洗換熱管時，必適用于較清潔介質(zhì)工況。檢查換熱管內(nèi)及清洗換熱管時，必須將須將連接管連接管道一起拆下，很不方便。道一起拆下，很不方便。(b)(b)在清洗換熱管內(nèi)時，在清洗換熱管內(nèi)時，僅將平蓋拆下僅將平蓋拆下，不及拆除連接管道，易，不及拆除連接管道，易清洗和檢查。目前設(shè)計(jì)中采用較多。缺點(diǎn)是清洗和檢查。目前設(shè)計(jì)中采用較多。缺點(diǎn)是用材較多用材較多

10、。(c)(c)將將管箱與蓋板管箱與蓋板焊成一體?？杀苊庠诠馨迕芊馓幍男孤?，焊成一體。可避免在管板密封處的泄漏，但但管箱不能單獨(dú)拆下管箱不能單獨(dú)拆下，檢修清洗不方便，很少采用。，檢修清洗不方便，很少采用。(d)(d)多程隔板安置的一種形式。其接管安裝形有多種。如圖。多程隔板安置的一種形式。其接管安裝形有多種。如圖。 換熱器的型號換熱器的型號 DN - A- - -或或 管束的級別管束的級別 管程管程/ /殼程數(shù)，單殼程時只寫殼程數(shù)，單殼程時只寫NtNt 公稱長度公稱長度/ /換熱管外徑，換熱管外徑，m m 公稱換熱面積公稱換熱面積 管程管程/ /殼程設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力，MPaMPa；壓力相等

11、時只寫；壓力相等時只寫ptpt 公稱直徑，公稱直徑，mmmm； 分別表示前端管箱、殼體、后端結(jié)構(gòu)形式分別表示前端管箱、殼體、后端結(jié)構(gòu)形式stppdLNstNN例例u 浮頭式換熱器浮頭式換熱器平蓋管箱，公稱直徑500500mm，管程和殼程設(shè)計(jì)壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積54，較高級冷拔換熱管外徑25mm，管長6m，4管程單殼程的浮頭式換熱器，其型號為：AES500-1.6-54-6/25-4u 固定管板式換熱器固定管板式換熱器封頭管箱，公稱直徑700mm，管程設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，公稱換熱面積200 ，較高級冷拔換熱管外徑25mm,管長9m，4管程單殼程的固定管板

12、式換熱器，其型號為：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-4u U U型管式換熱器型管式換熱器封頭管箱，公稱直徑500mm，管程設(shè)計(jì)壓力4.0MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，公稱換熱面積75 ，較高級冷拔換熱管外徑19mm,管長6m，2管程單殼程的U型管式換熱器，其型號為：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2u 釜式重沸器釜式重沸器平蓋管箱，管箱內(nèi)直徑600mm，圓筒內(nèi)直徑1200mm，管程設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力1.0MPa，公稱換熱面積90，普通級冷拔換熱管外徑25mm,管長6m，2管程釜式重沸器，其型號為：AKT-600/1200-2.5/1.0-90-

13、6/25-2u 浮頭式冷凝器浮頭式冷凝器封頭管箱，公稱直徑1200mm，管程設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力1.0MPa，公稱換熱面積610，普通級冷拔換熱管外徑25mm,管長9m，4管程單殼程的浮頭式冷凝器，其型號為：BJS1200-2.5/1.0-610-9/25-4固定管板式換熱器固定管板式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器U形管式換熱器形管式換熱器填料函式換熱器填料函式換熱器五、管殼式換熱器的分類五、管殼式換熱器的分類 基本類型基本類型（一（一）固定管板式換熱器固定管板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、簡單、緊湊、能承受較高能承受較高的壓力，造的壓力，造價(jià)低，管程價(jià)低，管程清洗方便

14、，清洗方便，管子損壞時管子損壞時易于堵管或易于堵管或更換。更換。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。的熱應(yīng)力。圖圖7-47-4固定管板式換熱器固定管板式換熱器為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。圖圖7-57-5帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器圖7-2 固定管板式換熱器圖7-3 帶補(bǔ)償器的固定管板式換熱器適用場合：適用場合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需適用于殼程

15、介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。合。折流板：折流板：提高殼程流體的流速和湍動程度。隔板：隔板：增加管程數(shù)，提高管內(nèi)流體流速。流速增加，傳熱效率提高；但流動的阻力也同時增加。由于兩塊管板都與殼體固定，當(dāng)由于兩塊管板都與殼體固定，當(dāng)殼體、換熱管受熱、受壓都會發(fā)生變形，加入膨殼體、換熱管受熱、受壓都會發(fā)生變形，加入膨脹節(jié)減少熱應(yīng)力來吸收熱膨脹差。脹節(jié)減少熱應(yīng)力來吸收熱膨脹差。當(dāng)殼體和管子之間的溫差較大當(dāng)殼體和管子之間的溫差較大(6070 )(6070 )且殼體承且殼體承受壓力不太高時，可采用補(bǔ)償圈（又稱膨脹節(jié)）

16、。受壓力不太高時，可采用補(bǔ)償圈（又稱膨脹節(jié)）。特特點(diǎn)點(diǎn)1.一個大管板，一個小管板，小管板在殼體內(nèi)滑動無溫差應(yīng)力；2.管束可以抽出，清洗；3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，浮頭內(nèi)漏不便檢查；4.管束與殼體間隙較大影響傳熱。.（二）浮頭式換熱器（二）浮頭式換熱器（二）浮頭式換熱器（二）浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 管內(nèi)和管間清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。管內(nèi)和管間清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價(jià)高，浮頭端小結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價(jià)高，浮頭端小蓋在操作中無法檢查。蓋在操作中無法檢查。適用場合：適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易 結(jié)垢的場合。結(jié)垢的場

17、合。圖圖7-67-6浮頭式換熱器浮頭式換熱器圖7-4 浮頭式換熱器特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.一端可自由伸縮 不產(chǎn)生熱應(yīng)力；2.管束可以抽出，管內(nèi)外均易清洗；3.填料將殼程介質(zhì)與外界隔開，易外漏，介質(zhì)受限制；（三）（三）U U形管式換熱器形管式換熱器U U形管式換熱器形管式換熱器圖圖7-87-8U U型管式換熱器型管式換熱器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，承受能力強(qiáng)，不會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，承受能力強(qiáng)，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：布板少，管板利用率低，管子壞時不易更布板少，管板利用率低，管子壞時不易更換。換。適用場合：適用場合：特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的

18、高溫、高壓、腐蝕性大的物料。溫、高壓、腐蝕性大的物料。圖7-6 U形管式換熱器U形管式換熱器形管式換熱器1.只有一個管板，結(jié)構(gòu)簡單；2.管子可以抽出，管間易清洗；3.管子可以自由膨脹；4.管內(nèi)不便清洗，不易更換；5.結(jié)構(gòu)不緊湊。（四）填料函式換熱器（四）填料函式換熱器填料函式換填料函式換熱器熱器11縱向隔板；縱向隔板；22浮動管板；浮動管板；33活套法蘭；活套法蘭；44部分剪切環(huán)；部分剪切環(huán)；55填料壓蓋；填料壓蓋；66填料；填料；77填料函填料函填料函式換熱器填料函式換熱器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管內(nèi)和管結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管內(nèi)和管間清洗方便。間清洗方便。 缺

19、點(diǎn)：缺點(diǎn)：填料處易泄漏。填料處易泄漏。 適用場合：適用場合： 4MPa 4MPa 以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。填料函式密封填料函式密封圖圖7-97-9填料函式換熱器填料函式換熱器列管式換熱列管式換熱器器種類種類優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)固定管板式固定管板式結(jié)構(gòu)較簡單，造價(jià)較低，相對結(jié)構(gòu)較簡單，造價(jià)較低，相對其它列管式換熱器其管板最薄。其它列管式換熱器其管板最薄。管外清洗困難管外清洗困難；管殼間管殼間有溫差應(yīng)力存在有溫差應(yīng)力存在；當(dāng)兩種介質(zhì)溫差較大時必須當(dāng)兩種介質(zhì)溫差較大時必

20、須設(shè)置膨脹節(jié)。設(shè)置膨脹節(jié)。浮頭式浮頭式一端管板固定，另一端管板可一端管板固定，另一端管板可在殼體內(nèi)移動；管殼間不產(chǎn)生在殼體內(nèi)移動；管殼間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可抽出，便于溫差應(yīng)力；管束可抽出，便于清洗。清洗。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查；浮頭處發(fā)生內(nèi)漏時不便檢查；管束與管體間隙較大，影響傳管束與管體間隙較大，影響傳熱。熱。填料函式填料函式管束一端可自由膨脹；造價(jià)比管束一端可自由膨脹；造價(jià)比浮頭式低；檢修、清洗容易；浮頭式低；檢修、清洗容易；填函處泄漏能及時發(fā)現(xiàn)。填函處泄漏能及時發(fā)現(xiàn)。殼程內(nèi)殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能介質(zhì)有外漏的可能；殼程中不宜處理易揮發(fā)、易燃、殼程中不宜處理易揮

21、發(fā)、易燃、易爆、有毒的介質(zhì)。易爆、有毒的介質(zhì)。U U型管式型管式只有一個管板；管程至少為兩只有一個管板；管程至少為兩程；程；管束可以抽出清洗；管子可自管束可以抽出清洗；管子可自由膨脹。由膨脹。管內(nèi)不便清洗管內(nèi)不便清洗；管板上布管少，管板上布管少，結(jié)構(gòu)不緊湊結(jié)構(gòu)不緊湊，管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效管外介質(zhì)易短路，影響傳熱效果；果；內(nèi)層管子損壞后不易更換。內(nèi)層管子損壞后不易更換。六、管子與管板的連接六、管子與管板的連接 （一（一）脹接脹接 利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時產(chǎn)生彈性變形，取去脹管器后，塑性變形，管板孔同

22、時產(chǎn)生彈性變形，取去脹管器后，管板與管子產(chǎn)生一定的擠壓力，貼在一起達(dá)到密封緊固管板與管子產(chǎn)生一定的擠壓力，貼在一起達(dá)到密封緊固連接的目的。連接的目的。 圖圖7-14 7-14 脹管前后示意圖脹管前后示意圖（a a）脹管前）脹管前（b b）脹管后）脹管后脹管結(jié)束後： 管板孔邊緣彈性回復(fù)，管板孔邊緣彈性回復(fù)，擠壓管端并貼緊。擠壓管端并貼緊。脹管過程發(fā)生：管子端部管子端部塑性變形；塑性變形；管板孔邊緣管板孔邊緣彈性變形彈性變形。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單方便； 消除間隙避免間隙腐蝕。缺點(diǎn)：溫度升高時，管端會發(fā)生松弛 泄漏。適用條件：p4.0MPa , t350。 注意：管端硬度管板硬度。為什麼？為什麼？ 如何實(shí)

23、現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)？ 保證緊密性的方法保證緊密性的方法：管板孔開槽；脹接周邊保證清潔；管子硬度低于管板孔周邊硬度。 保證管端硬度較低并且低于管板硬度的方法：管端退火處理。選材考慮。脹管率脹管率 就是管子、管板的變形率；就要控制合理的脹就是管子、管板的變形率；就要控制合理的脹管率，保證脹接質(zhì)量。管率，保證脹接質(zhì)量。脹管率的計(jì)算脹管率的計(jì)算 推薦兩種計(jì)算方法：推薦兩種計(jì)算方法： 管子內(nèi)徑增大率管子內(nèi)徑增大率K K； 管子壁厚減薄率管子壁厚減薄率WW。計(jì)算脹管率需要測量的數(shù)據(jù)計(jì)算脹管率需要測量的數(shù)據(jù)測量測量管板孔徑管板孔徑D D測量脹接前管測量脹接前管子外徑子外徑d dw w測量脹接前管測量脹接前管子內(nèi)徑

24、子內(nèi)徑d d1 1測量脹接后的測量脹接后的管子內(nèi)徑管子內(nèi)徑 d d2 2計(jì)算脹管率的公式計(jì)算脹管率的公式管子內(nèi)徑增大率管子內(nèi)徑增大率 K=(dK=(d2 2d dl l) )(D(Dd dw w) ) D D 100%100%管子壁厚管子壁厚 減薄率減薄率 W=(dW=(d2 2d dl l) )(D(Dd dw w) ) 2 2 100%100%脹管率的合理值脹管率的合理值 它與脹接接頭的它與脹接接頭的形式形式、管子的管子的規(guī)格規(guī)格及及材質(zhì)材質(zhì)、 管板尺寸管板尺寸、材質(zhì)材質(zhì)等有關(guān)等有關(guān)，不宜做不宜做統(tǒng)一統(tǒng)一要求。要求。 例如：例如： 20鋼，鋼，252.5mm鋼管脹接鋼管脹接 取取內(nèi)徑增大率

25、內(nèi)徑增大率 K=0.8%1.6%, 相當(dāng)于相當(dāng)于壁厚減薄率壁厚減薄率W=4%8%。 若管子直徑大、管壁薄若管子直徑大、管壁薄，脹管率，脹管率取小值取小值; 管子直徑小管子直徑小,管壁厚，管壁厚，脹管率脹管率取大值。取大值。 過脹過脹 a a 脹管率過大脹管率過大, ,它可能使管子壁厚減薄量過大，硬它可能使管子壁厚減薄量過大，硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至產(chǎn)生裂紋；化現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至產(chǎn)生裂紋； b b 還可能使還可能使管板管板產(chǎn)生塑性變形，使產(chǎn)生塑性變形，使脹接脹接強(qiáng)度下降。強(qiáng)度下降。 c c 過脹后很難修復(fù)。過脹后很難修復(fù)。 欠脹欠脹 脹管率過小脹管率過小, ,不能保證必要的連接強(qiáng)度和密封性。不能保證必要的

26、連接強(qiáng)度和密封性。 液壓液壓脹管器脹管器液壓脹接液壓脹接 機(jī)械脹接機(jī)械脹接 適用范圍：適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力合金鋼，設(shè)計(jì)壓力44MPaMPa，設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度300300，且無特殊要求的場合。且無特殊要求的場合。原因：原因：溫度升高，殘余應(yīng)力減小，使管子與管板溫度升高，殘余應(yīng)力減小，使管子與管板間的脹接密封性能、緊固性能都下降，故設(shè)計(jì)溫間的脹接密封性能、緊固性能都下降，故設(shè)計(jì)溫度度300 300 。要求管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火要求管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。后再脹接。脹接時管板上的孔可以是光孔，也

27、可開槽脹接時管板上的孔可以是光孔，也可開槽( (開槽開槽可以增加連接強(qiáng)度和緊密性可以增加連接強(qiáng)度和緊密性) )。（二（二）焊接焊接 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時，工藝較節(jié)省孔的加工工時，工藝較脹接簡單，壓力較低時可使脹接簡單，壓力較低時可使用較薄的管板。用較薄的管板。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：在焊接接頭處產(chǎn)生的在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞破裂，同時管子、裂和疲勞破裂，同時管子、管板間存在間隙，易出現(xiàn)間管板間存在間隙，易出現(xiàn)間隙腐蝕。

28、隙腐蝕。 圖圖7-16 7-16 焊接間隙示意圖焊接間隙示意圖管板管板間隙間隙換熱管換熱管0d0d強(qiáng)度低強(qiáng)度低強(qiáng)度高強(qiáng)度高減小焊接減小焊接應(yīng)力應(yīng)力（三（三）脹焊并用脹焊并用脹焊并用連接主要有：脹焊并用連接主要有：強(qiáng)度焊貼脹強(qiáng)度焊貼脹先焊后脹先焊后脹強(qiáng)度脹密封焊強(qiáng)度脹密封焊先脹后焊先脹后焊概念解釋：密封焊概念解釋：密封焊不保證強(qiáng)度，只防漏；不保證強(qiáng)度，只防漏； 強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊既防漏，又保證抗拉脫強(qiáng)度；既防漏，又保證抗拉脫強(qiáng)度； 貼脹貼脹只消除間隙，不承擔(dān)拉脫力；只消除間隙，不承擔(dān)拉脫力； 強(qiáng)度脹強(qiáng)度脹既消除間隙，又滿足脹接強(qiáng)度。既消除間隙，又滿足脹接強(qiáng)度。目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學(xué)說仍處于爭議

29、之中。目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學(xué)說仍處于爭議之中。 脹焊并用脹焊并用 克服了單純的焊接及脹接的缺點(diǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)是： 連接緊密，提高抗疲勞能力； 消除間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕； 提高使用壽命。 施工方式：先脹後焊；先焊後脹。 脹接貼脹；強(qiáng)度脹。 焊接密封焊，強(qiáng)度焊。 根據(jù)不同情況具體制定施工工藝。七、管程的分程及管板與隔板的連接七、管程的分程及管板與隔板的連接 當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長時，當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長時，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時，為了增就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時，為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體加管程流速，

30、提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管子。依次流過各程管子。 （一（一）分程原因分程原因 （二（二）分程原則分程原則 （三（三）分程隔板分程隔板 圖圖7-21 7-21 雙層隔板與管板的密封雙層隔板與管板的密封 各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等； 相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過2828； 各程間的密封長度應(yīng)最短；各程間的密封長度應(yīng)最短； 分程隔板的形狀應(yīng)簡單。分程隔板的形狀應(yīng)簡單。圖圖7-22 7-22 單層隔板與管板的密封單層隔板與管板的密封圖7-20 雙層隔板與管板的密封隔板圖7-19單層隔板與管板的密封s+2管板s封頭隔板管板隔板隔板

31、管板管板封頭封頭隔板隔板管板管板（四（四）分程方式分程方式 表表7 72 2管程布置表管程布置表圖序管箱隔板介質(zhì)返回側(cè)隔板管程數(shù)流動順序214612123414231432213546146325bacdefg（一（一）工藝計(jì)算工藝計(jì)算 八、管殼式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容八、管殼式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容 選型；確定管、殼程；通過化工工藝計(jì)算，確定換熱器的選型；確定管、殼程；通過化工工藝計(jì)算，確定換熱器的傳熱面積，同時選擇管徑、管長，決定管數(shù)、管程數(shù)和殼傳熱面積，同時選擇管徑、管長，決定管數(shù)、管程數(shù)和殼程數(shù)程數(shù) 。（二（二）機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì) 1 1）殼體直徑的決定和殼體厚度的計(jì)算；）殼體直徑的決定和殼體厚度的計(jì)算

32、；2 2）換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；）換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；3 3）管板尺寸確定；）管板尺寸確定；4 4）折流板的選擇與計(jì)算；）折流板的選擇與計(jì)算；5 5）管子拉脫力的計(jì)算；）管子拉脫力的計(jì)算；6 6）溫差應(yīng)力計(jì)算。）溫差應(yīng)力計(jì)算。1. 殼體直徑及壁厚； 2.封頭法蘭、管件及補(bǔ)強(qiáng)； 3.管板結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度； 4.細(xì)部連接結(jié)構(gòu)； 5.附件結(jié)構(gòu)； 6.管子拉脫力驗(yàn)算； 7.殼體熱應(yīng)力校核； 8.支座設(shè)計(jì)。管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容總結(jié)管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容總結(jié)說出換熱器類型說出換熱器類型固定管板式換熱器固定管板式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器U U形管式換熱器形管式換熱器填料函式換

33、熱器填料函式換熱器8.21 1、結(jié)構(gòu)細(xì)長、結(jié)構(gòu)細(xì)長 2 2、采用平蓋或球形封頭、采用平蓋或球形封頭 3 3、密封結(jié)構(gòu)特殊多樣、密封結(jié)構(gòu)特殊多樣 4 4、高壓筒體（身）限制開孔、高壓筒體（身）限制開孔 高壓容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高壓容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ( (長徑比可達(dá)長徑比可達(dá)28)28)( (多種自緊式密封多種自緊式密封) )高壓容器的結(jié)構(gòu)型式高壓容器的結(jié)構(gòu)型式筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)單層式單層式組合式組合式整體鍛造式整體鍛造式鍛焊式鍛焊式卷焊式卷焊式單層瓦片式單層瓦片式無縫鋼管式無縫鋼管式層板包扎式層板包扎式熱套式熱套式繞板式繞板式等等等等單層容器制造工藝過程簡單、生產(chǎn)效率較高。單層容器制造工藝過程簡單、生產(chǎn)效

34、率較高。 多層容器工藝過程較復(fù)雜多層容器工藝過程較復(fù)雜, ,工序較多工序較多, ,生產(chǎn)周期長。生產(chǎn)周期長。單層容器使用鋼板相對較厚單層容器使用鋼板相對較厚, ,而厚鋼板的軋制比較困難而厚鋼板的軋制比較困難, ,抗脆裂性能比薄板差抗脆裂性能比薄板差, ,質(zhì)量不易保證質(zhì)量不易保證, ,價(jià)格昂貴。價(jià)格昂貴。 多層容器所用鋼板相對較薄多層容器所用鋼板相對較薄, ,質(zhì)量均勻易保證質(zhì)量均勻易保證, ,抗脆裂抗脆裂性好。性好。多層容器的多層容器的安全性高安全性高 即使個別層板存在缺陷即使個別層板存在缺陷, ,也不容易延展至其他也不容易延展至其他層板，不會產(chǎn)生瞬時的脆性破壞層板，不會產(chǎn)生瞬時的脆性破壞, ,

35、。 另外另外, ,多層容器鉆有多層容器鉆有透氣孔透氣孔, ,可以排出層間氣體可以排出層間氣體, ,若若內(nèi)筒發(fā)生腐蝕破壞內(nèi)筒發(fā)生腐蝕破壞, ,介質(zhì)由透氣孔介質(zhì)由透氣孔泄出易于發(fā)泄出易于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)。由于由于層間間隙層間間隙, , 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性小得多小得多, ,高溫工作時高溫工作時熱應(yīng)力大。熱應(yīng)力大。層板間隙層板間隙的存在的存在, ,環(huán)焊縫環(huán)焊縫處必然存在缺處必然存在缺口的應(yīng)力集中口的應(yīng)力集中沒有深的縱焊縫沒有深的縱焊縫, ,但它的但它的深環(huán)焊縫深環(huán)焊縫難于進(jìn)行難于進(jìn)行熱處理。熱處理。 為提高厚壁筒的承載能力為提高厚壁筒的承載能力, ,在內(nèi)壁面產(chǎn)生預(yù)壓縮在內(nèi)壁面產(chǎn)生預(yù)壓縮應(yīng)力應(yīng)力, ,達(dá)到均化應(yīng)力沿壁厚

36、分布的目的。達(dá)到均化應(yīng)力沿壁厚分布的目的。 多層也采用內(nèi)層預(yù)緊，改善受力。多層也采用內(nèi)層預(yù)緊，改善受力。單層厚壁容器在內(nèi)壓作用下單層厚壁容器在內(nèi)壓作用下, ,筒體沿壁厚方向筒體沿壁厚方向的應(yīng)力分布很不均勻的應(yīng)力分布很不均勻, ,筒體筒體內(nèi)壁面應(yīng)力大內(nèi)壁面應(yīng)力大、外壁外壁面應(yīng)力小面應(yīng)力小, ,隨著簡體外直徑和內(nèi)直徑之比的增大隨著簡體外直徑和內(nèi)直徑之比的增大, ,這種不均勻性更為突出。這種不均勻性更為突出。2 2、組合式厚壁容器（即多層式）、組合式厚壁容器（即多層式） 2 2、制造：、制造： 用裝置將層板逐層、同心用裝置將層板逐層、同心 地包扎在內(nèi)筒上；地包扎在內(nèi)筒上； 借縱焊縫的焊接收縮力使借縱

37、焊縫的焊接收縮力使 層板和內(nèi)筒、層板與層板層板和內(nèi)筒、層板與層板 之間互相貼緊，產(chǎn)生一定之間互相貼緊，產(chǎn)生一定 的預(yù)緊力；的預(yù)緊力； 筒節(jié)上均開有安全孔筒節(jié)上均開有安全孔 報(bào)警。報(bào)警。筒體筒體深環(huán)焊縫深環(huán)焊縫筒節(jié)筒節(jié)內(nèi)層內(nèi)層12122525mmmm外層外層441212mmmm為避免裂紋沿壁厚為避免裂紋沿壁厚方向擴(kuò)展，各層板方向擴(kuò)展，各層板之間的縱焊縫應(yīng)相之間的縱焊縫應(yīng)相互錯開互錯開7575。筒節(jié)的長度視鋼板的筒節(jié)的長度視鋼板的寬度而定，層數(shù)則隨寬度而定，層數(shù)則隨所需的厚度而定。所需的厚度而定。（1 1）多層包扎式）多層包扎式1 1、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：多層包扎筒節(jié)多層包扎筒節(jié)多層包扎筒節(jié)多層包扎筒節(jié)

38、安全孔層板內(nèi)筒多層包扎筒體層板縱縫錯開形式3 3、優(yōu)點(diǎn)：、優(yōu)點(diǎn)：制造工藝簡單，不需大型復(fù)雜加工設(shè)備；制造工藝簡單，不需大型復(fù)雜加工設(shè)備；安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴(kuò)展的能力；紋向厚度方向擴(kuò)展的能力； 減少了脆性破壞的可能性；減少了脆性破壞的可能性；包扎預(yù)應(yīng)力改善筒體的應(yīng)力分布；包扎預(yù)應(yīng)力改善筒體的應(yīng)力分布； 對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可選擇合適的內(nèi)筒材料。對介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可選擇合適的內(nèi)筒材料。4 4、缺點(diǎn)：、缺點(diǎn)： 筒體制造工序多、周期長、效率低、鋼材利筒體制造工序多、周期長、效率低、鋼材利用率低（僅用率低（僅60%60%左右）；左右）； 深

39、環(huán)焊縫對制造質(zhì)量和安全有顯著影響。深環(huán)焊縫對制造質(zhì)量和安全有顯著影響。 無損檢測困難，環(huán)焊縫的兩側(cè)均有層板，無損檢測困難，環(huán)焊縫的兩側(cè)均有層板，無法用超聲檢測，只能射線檢測；無法用超聲檢測，只能射線檢測； 焊縫部位存在很大的焊接殘余應(yīng)力，且焊焊縫部位存在很大的焊接殘余應(yīng)力，且焊縫晶粒易變得粗大而韌性下降；縫晶粒易變得粗大而韌性下降； 環(huán)焊縫的坡口切削工作量大，且焊接復(fù)雜。環(huán)焊縫的坡口切削工作量大，且焊接復(fù)雜。5 5、應(yīng)用情況：、應(yīng)用情況：目前世界上使用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗(yàn)最為豐富目前世界上使用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗(yàn)最為豐富的組合式筒體結(jié)構(gòu)。的組合式筒體結(jié)構(gòu)。 1 1、結(jié)構(gòu)，制造：、結(jié)構(gòu)，制造

40、： 內(nèi)筒（厚度內(nèi)筒（厚度 30 30mmmm）卷焊成直徑不同但可）卷焊成直徑不同但可過盈過盈配合配合的筒節(jié)，將外層筒節(jié)加熱到計(jì)算的溫度進(jìn)行的筒節(jié)，將外層筒節(jié)加熱到計(jì)算的溫度進(jìn)行套合，冷卻收縮后得到緊密貼合的厚壁筒節(jié)。套合，冷卻收縮后得到緊密貼合的厚壁筒節(jié)。熱套筒節(jié)熱套筒節(jié)（2 2）熱套式）熱套式2 2、優(yōu)點(diǎn)：、優(yōu)點(diǎn)：工序少，周期短，且具有包扎式筒體的大多數(shù)工序少，周期短，且具有包扎式筒體的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。3 3、缺點(diǎn)：、缺點(diǎn)： 筒體要有較準(zhǔn)確的過盈量，卷筒的精度要求很筒體要有較準(zhǔn)確的過盈量，卷筒的精度要求很高，且套合時需選配套合；高，且套合時需選配套合； 套合時貼緊程度不很均勻；套合時貼緊程

41、度不很均勻； 套合后，需熱處理以除套合預(yù)應(yīng)力及深環(huán)焊縫套合后，需熱處理以除套合預(yù)應(yīng)力及深環(huán)焊縫的焊接殘余應(yīng)力。的焊接殘余應(yīng)力。（3 3）繞板式）繞板式1 1、結(jié)構(gòu)：、結(jié)構(gòu)：由內(nèi)筒、繞板層和外筒三部分組成，是在多層包由內(nèi)筒、繞板層和外筒三部分組成，是在多層包扎式筒體的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。扎式筒體的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。2 2、制造：、制造：內(nèi)筒與多層包扎式內(nèi)筒相同，外層是在內(nèi)筒外面內(nèi)筒與多層包扎式內(nèi)筒相同，外層是在內(nèi)筒外面連續(xù)纏繞若干層連續(xù)纏繞若干層3 35 5mmmm厚的薄鋼板而構(gòu)成筒節(jié)，厚的薄鋼板而構(gòu)成筒節(jié)，只有內(nèi)外兩道縱焊縫，需要只有內(nèi)外兩道縱焊縫，需要2 2個楔形過渡段，外個楔形過渡段，外筒為

42、保護(hù)層，由兩塊半圓或三塊筒為保護(hù)層，由兩塊半圓或三塊“瓦片瓦片”制成。制成。3 3、優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械化程度高，制造效率高，材料利用優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械化程度高，制造效率高，材料利用率高（可達(dá)率高（可達(dá)90%90%以上）。以上）。4 4、缺點(diǎn)：、缺點(diǎn)：中間厚兩邊薄，累積間隙。中間厚兩邊薄，累積間隙。繞板式繞板式（4 4）整體多層包扎式）整體多層包扎式1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)：錯開環(huán)縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結(jié)構(gòu)。錯開環(huán)縫和采用液壓夾鉗逐層包扎的圓筒結(jié)構(gòu)。2 2、制造、制造： 將內(nèi)筒拼接到所需的長度，兩端焊上法蘭或封將內(nèi)筒拼接到所需的長度，兩端焊上法蘭或封頭；頭； 在整個長度上逐層包扎層板，待全長度上包扎在整個長度上逐層包扎層板，待全長度上包扎好并焊完磨平后再包扎第二層