管殼式熱交換器設計全解4課件_第1頁
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第二章管殼式熱交換器第一節(jié)管殼式熱交換器的類型標準與結構1第二章管殼式熱交換器第一節(jié)管殼式熱交換器的類型標準與結構一、熱交換器的類型

沉浸式

蛇管式

管式

噴淋式

套管式

列管(管殼)式

間壁式

夾套式

板式

板式

螺旋板式

翅片管式

翅片式

板翅式

混合式(直接接觸式)

蓄熱式

二、列管式換熱器的基本型式

無膨脹節(jié)

固定(管板)式

有膨脹節(jié)

U型管式

浮頭式

填料函式2一、熱交換器的類型2優(yōu)點:結構簡單、便于制造、便于防腐、且能承受高壓。缺點:管外液體的對流傳熱系數較小,從而總傳熱系數亦小,如增設攪拌裝置,則可提高傳熱效果。3優(yōu)點:結構簡單、便于制造、便于防腐、且能承受高壓。缺點:管外噴淋蛇管式換熱器4噴淋蛇管式換熱器4優(yōu)點:與沉浸式相比,該換熱器便于檢修和清洗。缺點:是占地較大,水滴濺灑到周圍環(huán)境,且噴淋不易均勻。5優(yōu)點:與沉浸式相比,該換熱器便于檢修和清洗。缺點:是占地較大3

列管式換熱器優(yōu)點:容易制造、生產成本低,適應性強,尤其適于高壓流體,維修清洗方便。缺點:結合面較多,易泄漏。1—外殼2—管束3、4—接管5—封頭6—管板7—擋板

63列管式換熱器優(yōu)點:容易制造、生產成本低,適應性強,缺點:結構前端管箱殼體后端(包括管束)分類固定管板式U形管式填料函式浮頭式管程殼程管流體殼流體換熱管內的通道以及與其相貫通處稱為管程。換熱管外的通道以及與其相貫通處稱為殼程。流經管程的流體稱為管流體流經殼程的流體稱為殼流體。概念管子兩端固定在位于殼體兩端的固定管板上只有一個管板,換熱管彎成U形管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料函密封,兩端管板之一不與殼體連接,7結構前端管箱殼體后端(包括管束)分類固定管板式U形管式填料單管程多管程當管流體一次通過管程稱為單管程當熱交換器傳熱面積比較大,所需管子數目比較多時,為提高管流體流速,我們通常將換熱管平均分為若干組,使流體在管內依次往返多次,稱為多管程。單殼程多殼程當流體一次通過殼程稱為單殼程。為提高流體的流速也可以將殼程分為多程,分程可使殼流體流速增大,擾動加劇,有助于強化傳熱,但是殼程分程,不僅使流動阻力增大,且制造安裝較為困難。因此工程上應用較少。8單管程多管程當管流體一次通過管程稱為單管程當熱交換器傳熱面積單程列管式換熱器1—外殼2—管束3、4—接管5—封頭6—管板7—擋板9單程列管式換熱器9雙程列管式換熱器1—殼體2—管束3—擋板4—隔板10雙程列管式換熱器10固定管板式熱交換器無膨脹節(jié)有膨脹節(jié)特點:結構簡單,重量輕,在殼程程數相同的條件下,可排的管數比較多,殼程不能夠檢修和清洗,當產生熱膨脹時使接口脫開,發(fā)生流體的泄漏。11固定管板式熱交換器無膨脹節(jié)有膨脹節(jié)特點:結構簡單,重量輕,在熱應力的處理方法:在外殼上裝設膨脹節(jié),但是只能減小不能完全消除由于溫差引起的熱應力,而且在多程熱交換器中,這種方法不能照顧到管子的相對移動。12熱應力的處理方法:在外殼上裝設膨脹節(jié),但是只能減小不能12U形管式熱交換器應用場合:適用于殼方流體潔凈且不宜結垢,流體溫差小于70℃殼方壓力小于600KPa的場合。13U形管式熱交換器應用場合:適用于殼方流體潔凈且不宜結垢,流體結構特點:

只有一個管板,換熱管彎成U形,管子兩端固定在同一管板上,管束可自由伸縮。當殼體與U形換熱管有溫差時,不會產生溫差應力。14結構特點:只有一個管板,換熱管彎成U形,管子兩端固定在1515特點:優(yōu)點:結構簡單,造價低,運行可靠,管間易清理。缺點:管內不易清洗,管板的利用率較低,殼程易短路,損壞的管子難于調換。應用場合:高溫高壓。16特點:優(yōu)點:結構簡單,造價低,運行可靠,管間易清理。缺點:管浮頭式熱交換器結構:一塊管板與殼體固定,另一塊管板可以在殼體內來回活動,并連接一浮頭,當管束受熱受冷時即可自由伸縮。浮頭式換熱器各有一個內浮頭和一個外浮頭。特點:優(yōu)點:管束的熱膨脹不受殼體的約束,殼體與管束之間不會因差脹產生熱應力。管程殼程及清洗檢修較為方便,將整個管束從固定端抽出即可。17浮頭式熱交換器結構:一塊管板與殼體固定,另一塊管板可以在殼體應用場合:

適用于流體溫差較大,或殼程流體易結垢的場合。缺點:浮頭蓋與管板法蘭連接面積較大,殼體直徑增加,在管束與殼體之間形成阻力較小的環(huán)形通道,部分流體由這里通過不參加換熱。形成短路。結構較復雜,造價高,易發(fā)生內漏。18應用場合:適用于流體溫差較大,或殼程流體易結垢的場合。缺結構特點:管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料函密封,可在調料函中滑動,浮頭露在殼體外面,又稱為外浮頭式熱交換器。管束可以自由伸縮,不會因殼壁和管壁的溫差而產生溫差應力。19結構特點:管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料19優(yōu)點:結構較浮頭式換熱器簡單,加工制造方便,節(jié)省材料,造價比較低廉,且管束從殼體內可以抽出,管內、管間都能進行清洗,維修方便。缺點:因填料處易產生泄漏,填料函式換熱器一般適用于4MPa以下的工作條件,且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質,使用溫度也受填料的物性限制。填料函式換熱器現在已很少采用。應用場合:溫差較大,介質易結垢,且壓力不高的場合。20優(yōu)點:結構較浮頭式換熱器簡單,加工制造方便,節(jié)省材料,造價比熱補償浮頭補償:

補償圈補償:U形管補償:21熱補償浮頭補償:補償圈補償:U形管補償:21三、基本參數公稱換熱面積SN公稱直徑DN公稱壓力PN換熱管長度L換熱管規(guī)格管程數根據我國1989年頒布的國標GB151-89的適用范圍為:(1)公稱直徑≤2000mm;(2)公稱壓力≤35MPa;(3)公稱直徑(mm)和公稱壓力(MPa)的乘積≯104。22三、基本參數公稱換熱面積SN根據我國1989年頒布的國鋼制管殼式熱交換器型號的表示方法×××DN—Pt/Ps-A-LN/d-Nt/Ns(Ⅰ或Ⅱ)(Ⅰ或Ⅱ):Ⅰ級熱交換器采用高級或較高級冷拔鋼管Ⅱ級熱交換器采用普通級冷拔鋼管Nt/Ns:管/殼程數,對于單程只寫NtLN/d:LN-公稱長度(m),d-換熱管外徑(mm)A:公稱換熱面積(m2)Pt/Ps:管/殼程設計壓力(MPa),壓力相等時只寫Pt

DN:公稱直徑(mm)23鋼制管殼式熱交換器型號的表示方法×××DN—Pt/Ps-A×××第一個字母代表前端管箱形式,

第二個字母代表殼體形式,

第三個字母代表后端結構形式

例:AES500-1.6-54-6/25-4ⅠA平蓋管箱E單程殼體S鉤圈式浮頭式熱交換器公稱直徑為500mm管程和殼程設計壓力分別為1.6MPa公稱換熱面積為54m2換熱管外徑25mm管長6m4管程單殼程Ⅰ一級管束碳素鋼較高級冷拔換熱管24×××第一個字母代表前端管箱形式,例:AES500-1.6第二節(jié)列管式換熱器的組成元件及其連接一、換熱管(1)概述:換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件,主要通過管壁的內外面進行傳熱,所以換熱管的形狀、尺寸和材料,對傳熱有很大的影響。小管徑且管壁較薄的管子在相同的殼徑內可以排列較多的管子,使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結構緊湊,單位傳熱面積金屬耗量少,傳熱效率也稍高一些,但制造麻煩,且易結垢,不易清洗。25第二節(jié)列管式換熱器的組成元件及其連接一、換熱管25(2)管子在管板上的固定與排列1)、選擇管殼式熱交換器傳熱面材料的決定因素:材料的工作壓力、溫度和流體腐蝕性、流體對材料的脆化作用及流體的毒性所決定。2)、材料的種類:

碳鋼、合金鋼、銅、塑料、石墨等我國管殼式換熱器常用換熱管為:

碳鋼、低合金鋼管有:

Φ19×2、Φ25×2.5、Φ38×3、Φ57×3.5;

不銹鋼管有Φ25×2、Φ38×2.5。

長度規(guī)格有1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m,在煉油廠所用的換熱器中最常用的是6m管長。換熱管一般都用光管,為了強化傳熱,也可用螺紋管、帶釘管及翅片管。26(2)管子在管板上的固定與排列1)、選擇管殼式熱交換器傳熱面(3)管子與管板的連接:

連接要求良好的密封性→防止流體短路足夠的緊固強度→有足夠的抗拉脫力連接方法脹接焊接脹焊并用①強度脹:定義:保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接方法:

均勻脹接非均勻脹接—機械滾脹法,常用液壓脹接液袋脹接橡膠脹接爆炸脹接27(3)管子與管板的連接:連接要求良好的密封性→防止流體短路脹管法原理:28脹管法原理:28a.管子不能排的太密管板強度、剛度管子溫度不易太高會消除接頭處殘余應力b.不能c.材料要求:管板硬度>管子硬度若兩者材料相同,應把管子端部退火d.結合面粗糙度:一般要求為過脹→否則影響密封性欠脹→否則影響緊固性12.5注意:當管板是不易脹緊的不銹鋼材料時,不能用強度脹要求:29a.管子不能排的太密管板強度、剛度過適用范圍:換熱管為碳素鋼,管板為碳素鋼或低合金鋼,設計壓力≤4MPa,設計溫度≤300℃,且無特殊要求的場合。要求:管板硬度大于管子硬度,否則將管端退火后再脹接。脹接時管板上的孔可以是光孔,也可開槽(開槽可以增加連接強度和緊密性)。圖2-16液壓脹管器30適用范圍:換熱管為碳素鋼,管板為碳素鋼或低合金鋼,設計壓力≤液壓脹接31液壓脹接31機械脹接32機械脹接32應用條件:

當溫度高于300℃或壓力高于40公斤/厘米2(4MPa)時,一般采用焊接法。優(yōu)點:焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起。保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的焊接。焊接法a.比脹接密封性↑,連接強度↑b.對管板孔及管子端部加工要求低,對管板及管子材料要求低。c.允許采用較小的管板厚度。d.制造容易,加工簡單。33應用條件:當溫度高于300℃或壓力高于40公斤/缺點管板換熱管間隙a.焊縫處:開孔→應力集中+焊接殘余應力→→運行時可能引起b.管板孔與管子間有縫隙→產生間隙腐蝕應力腐蝕疲勞破壞34缺點管板換熱管間隙a.焊縫處:開孔→應力集中+焊接殘余應力→脹焊并用對于緊密性要求高的換熱器,可以采用強度脹加密封焊結構,也可以采用強度焊加貼脹的結構。強度焊靠焊接來承受管的載荷并保證密封。貼脹為了消除換熱管與管孔間產生間隙腐蝕并增強抗疲勞破壞的能力。特點焊脹并用還可以承受反復熱變形和管子振動破壞。當溫度和壓力較高時,仍保證連接強度和嚴密不漏。35脹焊并用對于緊密性要求高的換熱器,可以采用強度脹加密封強度焊脹焊結合連接主要有:強度焊+密封脹………………先焊后脹。強度脹+密封焊………………先脹后焊。概念解釋:密封焊—不保證強度,只防漏;強度焊—既防漏,又保證抗拉脫強度;密封脹—只消除間隙,不承擔拉脫力;強度脹—既消除間隙,又滿足脹接強度。目前,先焊后脹與先脹后焊兩派學說仍處于爭議之中。機械脹接——先焊后脹液壓脹接——先脹后焊應用:密封性能要求較高;承受振動和疲勞載荷;有縫隙腐蝕;需使用復合管板等的場合36脹焊結合連接主要有:機械脹接——先焊后脹液壓脹接——先脹后焊圖2—13管板圖2—14焊接管口37圖2—13管板圖2—14焊接管口37墊塞法對于非金屬管及鑄鐵管可以采用墊塞法。38墊塞法對于非金屬管及鑄鐵管可以采用墊塞法。38(4)、管子在管板上的排列管子在管板上的排列方式遵循原則:保證管板強度設備緊湊制造、安裝、和修理、維護方便(5)、管子的排列方式等邊三角形同心圓正方形組合排列方式轉角等邊三角形排列法轉角正方形排列法管子排列方式管間距的選擇39(4)、管子在管板上的排列管子在管板上的排列方式遵循原則:保4040等邊三角形流體流動方向與三角形的一條邊垂直,最內層的六邊形的邊長等于管間距S。一般在管板周邊與六邊形的邊之間的六個弓形部分不排列管子,但是當層數a>6層時,在這些弓形部分也應該排列管子,最外層管子的中心應不超出最大六邊形的外接圓周。流體流動方向正三角形41等邊三角形流體流動方向與三角形的一條邊垂直,最內層的六邊形流同心圓管間距既為兩層圓周之間的距離,也為圓周上管子的間距,在圓周上布置管子只取整數。這種排列的優(yōu)點時比較緊湊,且靠近殼體處布管均勻,在小直徑熱交換器中,這種方式的布管數比等邊三角形要多。當層數大于6層時,由于六邊形的弓形部分可排管子,故等邊三角形排列顯得有利,且層數越多越為有利。42同心圓管間距既為兩層圓周之間的距離,也為圓周上管子的間距,4正方形在管板面積上可排列的管數最少,但是它易于清掃,在易于生成污垢、需將管束抽出清洗的場合得到一定的應用。流體流動方向正方形43正方形在管板面積上可排列的管數最少,但是它易于清掃,流體流動組合排列方式如在多管程熱交換器中,每程都采用等邊三角形排列,而在各程相鄰管排間,為便于安裝隔板則采用正方形排列。44組合排列方式如在多管程熱交換器中,每程都采用等邊三角形排列,轉角等邊三角形排列法流體的流動方向與三角形的一條邊平行的排列方法。特點:易清洗,但傳熱效果不如正三角形流體流動方向轉角正三角形45轉角等邊三角形排列法流體的流動方向與三角形的一條邊平行的排列轉角正方形排列法:流體的流動方向與正方形的一條對角線垂直的排列方法特點:管外清洗方便/但排管比三角形少流體流動方向轉角正方形46轉角正方形排列法:流體的流動方向與正方形的一條對角線垂直的排(6)管間距定義管板上兩根管子中心線的距離。決定因素:管板強度清洗管子外表所需要的間距管子在管板上的固定方法無論哪種排列都必須在管束周圍的弓形空間盡可能多布管→傳熱面積↑,且可防殼程流體短路布管原則:影響因素有:結構緊湊性/傳熱效果/清洗難易取值:t≥1.25d0(保證管橋強度和清洗通道)47(6)管間距定義管板上兩根管子中心線的距離。決定因素:管板強確定方法手冊查表來確定(教材P46表2.3)換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距161925324048577248確定方法手冊查表來確定(教材P46表2.3)換熱管外徑121(7)布管限定圓DL熱交換器管束外緣直徑受圓筒直徑的限制,在設計時要將管束外緣置于布管限定圓之內,布管限定圓直徑的大小按照熱交換器的結構型式取值。浮頭式換熱器浮頭式換熱器49(7)布管限定圓DL熱交換器管束外緣直徑受圓筒直徑的限制,對于固定管板式、U形管式熱交換器50對于固定管板式、U形管式熱交換器50二、管板作用:排布換熱管;b.分隔管程和殼程流體→避免冷、熱流體混合C.承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用材料:一般:碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造流體腐蝕性較強不銹鋼、銅、鋁、鈦復合板堆焊襯里結構滿足強度前提下,盡量減少管板厚度。平管板:可用鋼板、鍛件制成復合板堆焊復合板軋制復合板爆炸復合板51二、管板作用:排布換熱管;材料:一般:碳素鋼或低合金鋼板或薄管板:一般8~20mm,比較四種用于固定管板換熱器的薄管板結構(a)(b)(c)(d)52薄管板:一般8~20mm,比較四種用于固定管板換熱器的薄管橢圓形管板:以橢圓形封頭作為管板,與換熱器殼體焊接在一起。受力情況比平管板好得多,可以做得很薄,有利于降低熱應力;適用于高壓、大直徑的換熱器。橢圓形管板53橢圓形管板:以橢圓形封頭作為管板,與換熱器殼體焊接在一起。橢用于嚴格禁止管程與殼程介質互相混合的場合。方法:

從短節(jié)排出短節(jié)圓筒充入高于管程、殼程壓力的惰性介質雙管板結構1—空隙2—殼程管板3—短節(jié)4—管程管板1234雙管板:54用于嚴格禁止管程方法:雙管板結構1234雙管板:54管板與殼體的連接固定管板式換熱器不可拆連接浮頭式U形管式換熱器可拆連接方式不可拆連接結構將管板直接焊接在殼體上,根據管板是否兼作法蘭其結構不同,多數情況下采用管板兼作法蘭的結構。55管板與殼體的連接固定管板式換熱器不可拆連接浮頭式U形管式換熱管板兼作法蘭時與殼體的連接結構(焊接)56管板兼作法蘭時與殼體的連接結構(焊接)56管板不兼作法蘭時與殼體的連接結構(焊接)57管板不兼作法蘭時與殼體的連接結構(焊接)57可拆連接結構將管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間,這樣便于管束從殼體中抽出進行清洗和維修。管板與殼體的可拆連接結構58可拆連接結構將管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間,這樣便于管束5959作用——流體送入換熱管和送出換熱器;在多管程結構中,還起到改變流體流向的作用。結構形式決定因素——清洗?管束分程?(a)(b)(c)(d)三、管箱60作用——流體送入換熱管和送出換熱器;結構形式決定因素——清洗特點清洗時要拆除管線;該結構適用于較清潔的介質。(a)61特點清洗時要拆除管線;(a)61清洗時不要拆除管線;缺點是用材較多。特點(b)62清洗時不要拆除管線;特點(b)62特點檢查、清洗不方便,很少使用(1)(2)(c)63特點檢查、清洗不方便,(1)(2)(c)63特點設置多層隔板的管箱結構(d)64特點設置多層隔板的管箱結構(d)64Thankyouforattention!65Thankyouforattention!65第二章管殼式熱交換器第一節(jié)管殼式熱交換器的類型標準與結構66第二章管殼式熱交換器第一節(jié)管殼式熱交換器的類型標準與結構一、熱交換器的類型

沉浸式

蛇管式

管式

噴淋式

套管式

列管(管殼)式

間壁式

夾套式

板式

板式

螺旋板式

翅片管式

翅片式

板翅式

混合式(直接接觸式)

蓄熱式

二、列管式換熱器的基本型式

無膨脹節(jié)

固定(管板)式

有膨脹節(jié)

U型管式

浮頭式

填料函式67一、熱交換器的類型2優(yōu)點:結構簡單、便于制造、便于防腐、且能承受高壓。缺點:管外液體的對流傳熱系數較小,從而總傳熱系數亦小,如增設攪拌裝置,則可提高傳熱效果。68優(yōu)點:結構簡單、便于制造、便于防腐、且能承受高壓。缺點:管外噴淋蛇管式換熱器69噴淋蛇管式換熱器4優(yōu)點:與沉浸式相比,該換熱器便于檢修和清洗。缺點:是占地較大,水滴濺灑到周圍環(huán)境,且噴淋不易均勻。70優(yōu)點:與沉浸式相比,該換熱器便于檢修和清洗。缺點:是占地較大3

列管式換熱器優(yōu)點:容易制造、生產成本低,適應性強,尤其適于高壓流體,維修清洗方便。缺點:結合面較多,易泄漏。1—外殼2—管束3、4—接管5—封頭6—管板7—擋板

713列管式換熱器優(yōu)點:容易制造、生產成本低,適應性強,缺點:結構前端管箱殼體后端(包括管束)分類固定管板式U形管式填料函式浮頭式管程殼程管流體殼流體換熱管內的通道以及與其相貫通處稱為管程。換熱管外的通道以及與其相貫通處稱為殼程。流經管程的流體稱為管流體流經殼程的流體稱為殼流體。概念管子兩端固定在位于殼體兩端的固定管板上只有一個管板,換熱管彎成U形管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料函密封,兩端管板之一不與殼體連接,72結構前端管箱殼體后端(包括管束)分類固定管板式U形管式填料單管程多管程當管流體一次通過管程稱為單管程當熱交換器傳熱面積比較大,所需管子數目比較多時,為提高管流體流速,我們通常將換熱管平均分為若干組,使流體在管內依次往返多次,稱為多管程。單殼程多殼程當流體一次通過殼程稱為單殼程。為提高流體的流速也可以將殼程分為多程,分程可使殼流體流速增大,擾動加劇,有助于強化傳熱,但是殼程分程,不僅使流動阻力增大,且制造安裝較為困難。因此工程上應用較少。73單管程多管程當管流體一次通過管程稱為單管程當熱交換器傳熱面積單程列管式換熱器1—外殼2—管束3、4—接管5—封頭6—管板7—擋板74單程列管式換熱器9雙程列管式換熱器1—殼體2—管束3—擋板4—隔板75雙程列管式換熱器10固定管板式熱交換器無膨脹節(jié)有膨脹節(jié)特點:結構簡單,重量輕,在殼程程數相同的條件下,可排的管數比較多,殼程不能夠檢修和清洗,當產生熱膨脹時使接口脫開,發(fā)生流體的泄漏。76固定管板式熱交換器無膨脹節(jié)有膨脹節(jié)特點:結構簡單,重量輕,在熱應力的處理方法:在外殼上裝設膨脹節(jié),但是只能減小不能完全消除由于溫差引起的熱應力,而且在多程熱交換器中,這種方法不能照顧到管子的相對移動。77熱應力的處理方法:在外殼上裝設膨脹節(jié),但是只能減小不能12U形管式熱交換器應用場合:適用于殼方流體潔凈且不宜結垢,流體溫差小于70℃殼方壓力小于600KPa的場合。78U形管式熱交換器應用場合:適用于殼方流體潔凈且不宜結垢,流體結構特點:

只有一個管板,換熱管彎成U形,管子兩端固定在同一管板上,管束可自由伸縮。當殼體與U形換熱管有溫差時,不會產生溫差應力。79結構特點:只有一個管板,換熱管彎成U形,管子兩端固定在8015特點:優(yōu)點:結構簡單,造價低,運行可靠,管間易清理。缺點:管內不易清洗,管板的利用率較低,殼程易短路,損壞的管子難于調換。應用場合:高溫高壓。81特點:優(yōu)點:結構簡單,造價低,運行可靠,管間易清理。缺點:管浮頭式熱交換器結構:一塊管板與殼體固定,另一塊管板可以在殼體內來回活動,并連接一浮頭,當管束受熱受冷時即可自由伸縮。浮頭式換熱器各有一個內浮頭和一個外浮頭。特點:優(yōu)點:管束的熱膨脹不受殼體的約束,殼體與管束之間不會因差脹產生熱應力。管程殼程及清洗檢修較為方便,將整個管束從固定端抽出即可。82浮頭式熱交換器結構:一塊管板與殼體固定,另一塊管板可以在殼體應用場合:

適用于流體溫差較大,或殼程流體易結垢的場合。缺點:浮頭蓋與管板法蘭連接面積較大,殼體直徑增加,在管束與殼體之間形成阻力較小的環(huán)形通道,部分流體由這里通過不參加換熱。形成短路。結構較復雜,造價高,易發(fā)生內漏。83應用場合:適用于流體溫差較大,或殼程流體易結垢的場合。缺結構特點:管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料函密封,可在調料函中滑動,浮頭露在殼體外面,又稱為外浮頭式熱交換器。管束可以自由伸縮,不會因殼壁和管壁的溫差而產生溫差應力。84結構特點:管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料19優(yōu)點:結構較浮頭式換熱器簡單,加工制造方便,節(jié)省材料,造價比較低廉,且管束從殼體內可以抽出,管內、管間都能進行清洗,維修方便。缺點:因填料處易產生泄漏,填料函式換熱器一般適用于4MPa以下的工作條件,且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質,使用溫度也受填料的物性限制。填料函式換熱器現在已很少采用。應用場合:溫差較大,介質易結垢,且壓力不高的場合。85優(yōu)點:結構較浮頭式換熱器簡單,加工制造方便,節(jié)省材料,造價比熱補償浮頭補償:

補償圈補償:U形管補償:86熱補償浮頭補償:補償圈補償:U形管補償:21三、基本參數公稱換熱面積SN公稱直徑DN公稱壓力PN換熱管長度L換熱管規(guī)格管程數根據我國1989年頒布的國標GB151-89的適用范圍為:(1)公稱直徑≤2000mm;(2)公稱壓力≤35MPa;(3)公稱直徑(mm)和公稱壓力(MPa)的乘積≯104。87三、基本參數公稱換熱面積SN根據我國1989年頒布的國鋼制管殼式熱交換器型號的表示方法×××DN—Pt/Ps-A-LN/d-Nt/Ns(Ⅰ或Ⅱ)(Ⅰ或Ⅱ):Ⅰ級熱交換器采用高級或較高級冷拔鋼管Ⅱ級熱交換器采用普通級冷拔鋼管Nt/Ns:管/殼程數,對于單程只寫NtLN/d:LN-公稱長度(m),d-換熱管外徑(mm)A:公稱換熱面積(m2)Pt/Ps:管/殼程設計壓力(MPa),壓力相等時只寫Pt

DN:公稱直徑(mm)88鋼制管殼式熱交換器型號的表示方法×××DN—Pt/Ps-A×××第一個字母代表前端管箱形式,

第二個字母代表殼體形式,

第三個字母代表后端結構形式

例:AES500-1.6-54-6/25-4ⅠA平蓋管箱E單程殼體S鉤圈式浮頭式熱交換器公稱直徑為500mm管程和殼程設計壓力分別為1.6MPa公稱換熱面積為54m2換熱管外徑25mm管長6m4管程單殼程Ⅰ一級管束碳素鋼較高級冷拔換熱管89×××第一個字母代表前端管箱形式,例:AES500-1.6第二節(jié)列管式換熱器的組成元件及其連接一、換熱管(1)概述:換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件,主要通過管壁的內外面進行傳熱,所以換熱管的形狀、尺寸和材料,對傳熱有很大的影響。小管徑且管壁較薄的管子在相同的殼徑內可以排列較多的管子,使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結構緊湊,單位傳熱面積金屬耗量少,傳熱效率也稍高一些,但制造麻煩,且易結垢,不易清洗。90第二節(jié)列管式換熱器的組成元件及其連接一、換熱管25(2)管子在管板上的固定與排列1)、選擇管殼式熱交換器傳熱面材料的決定因素:材料的工作壓力、溫度和流體腐蝕性、流體對材料的脆化作用及流體的毒性所決定。2)、材料的種類:

碳鋼、合金鋼、銅、塑料、石墨等我國管殼式換熱器常用換熱管為:

碳鋼、低合金鋼管有:

Φ19×2、Φ25×2.5、Φ38×3、Φ57×3.5;

不銹鋼管有Φ25×2、Φ38×2.5。

長度規(guī)格有1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m,在煉油廠所用的換熱器中最常用的是6m管長。換熱管一般都用光管,為了強化傳熱,也可用螺紋管、帶釘管及翅片管。91(2)管子在管板上的固定與排列1)、選擇管殼式熱交換器傳熱面(3)管子與管板的連接:

連接要求良好的密封性→防止流體短路足夠的緊固強度→有足夠的抗拉脫力連接方法脹接焊接脹焊并用①強度脹:定義:保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接方法:

均勻脹接非均勻脹接—機械滾脹法,常用液壓脹接液袋脹接橡膠脹接爆炸脹接92(3)管子與管板的連接:連接要求良好的密封性→防止流體短路脹管法原理:93脹管法原理:28a.管子不能排的太密管板強度、剛度管子溫度不易太高會消除接頭處殘余應力b.不能c.材料要求:管板硬度>管子硬度若兩者材料相同,應把管子端部退火d.結合面粗糙度:一般要求為過脹→否則影響密封性欠脹→否則影響緊固性12.5注意:當管板是不易脹緊的不銹鋼材料時,不能用強度脹要求:94a.管子不能排的太密管板強度、剛度過適用范圍:換熱管為碳素鋼,管板為碳素鋼或低合金鋼,設計壓力≤4MPa,設計溫度≤300℃,且無特殊要求的場合。要求:管板硬度大于管子硬度,否則將管端退火后再脹接。脹接時管板上的孔可以是光孔,也可開槽(開槽可以增加連接強度和緊密性)。圖2-16液壓脹管器95適用范圍:換熱管為碳素鋼,管板為碳素鋼或低合金鋼,設計壓力≤液壓脹接96液壓脹接31機械脹接97機械脹接32應用條件:

當溫度高于300℃或壓力高于40公斤/厘米2(4MPa)時,一般采用焊接法。優(yōu)點:焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起。保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的焊接。焊接法a.比脹接密封性↑,連接強度↑b.對管板孔及管子端部加工要求低,對管板及管子材料要求低。c.允許采用較小的管板厚度。d.制造容易,加工簡單。98應用條件:當溫度高于300℃或壓力高于40公斤/缺點管板換熱管間隙a.焊縫處:開孔→應力集中+焊接殘余應力→→運行時可能引起b.管板孔與管子間有縫隙→產生間隙腐蝕應力腐蝕疲勞破壞99缺點管板換熱管間隙a.焊縫處:開孔→應力集中+焊接殘余應力→脹焊并用對于緊密性要求高的換熱器,可以采用強度脹加密封焊結構,也可以采用強度焊加貼脹的結構。強度焊靠焊接來承受管的載荷并保證密封。貼脹為了消除換熱管與管孔間產生間隙腐蝕并增強抗疲勞破壞的能力。特點焊脹并用還可以承受反復熱變形和管子振動破壞。當溫度和壓力較高時,仍保證連接強度和嚴密不漏。100脹焊并用對于緊密性要求高的換熱器,可以采用強度脹加密封強度焊脹焊結合連接主要有:強度焊+密封脹………………先焊后脹。強度脹+密封焊………………先脹后焊。概念解釋:密封焊—不保證強度,只防漏;強度焊—既防漏,又保證抗拉脫強度;密封脹—只消除間隙,不承擔拉脫力;強度脹—既消除間隙,又滿足脹接強度。目前,先焊后脹與先脹后焊兩派學說仍處于爭議之中。機械脹接——先焊后脹液壓脹接——先脹后焊應用:密封性能要求較高;承受振動和疲勞載荷;有縫隙腐蝕;需使用復合管板等的場合101脹焊結合連接主要有:機械脹接——先焊后脹液壓脹接——先脹后焊圖2—13管板圖2—14焊接管口102圖2—13管板圖2—14焊接管口37墊塞法對于非金屬管及鑄鐵管可以采用墊塞法。103墊塞法對于非金屬管及鑄鐵管可以采用墊塞法。38(4)、管子在管板上的排列管子在管板上的排列方式遵循原則:保證管板強度設備緊湊制造、安裝、和修理、維護方便(5)、管子的排列方式等邊三角形同心圓正方形組合排列方式轉角等邊三角形排列法轉角正方形排列法管子排列方式管間距的選擇104(4)、管子在管板上的排列管子在管板上的排列方式遵循原則:保10540等邊三角形流體流動方向與三角形的一條邊垂直,最內層的六邊形的邊長等于管間距S。一般在管板周邊與六邊形的邊之間的六個弓形部分不排列管子,但是當層數a>6層時,在這些弓形部分也應該排列管子,最外層管子的中心應不超出最大六邊形的外接圓周。流體流動方向正三角形106等邊三角形流體流動方向與三角形的一條邊垂直,最內層的六邊形流同心圓管間距既為兩層圓周之間的距離,也為圓周上管子的間距,在圓周上布置管子只取整數。這種排列的優(yōu)點時比較緊湊,且靠近殼體處布管均勻,在小直徑熱交換器中,這種方式的布管數比等邊三角形要多。當層數大于6層時,由于六邊形的弓形部分可排管子,故等邊三角形排列顯得有利,且層數越多越為有利。107同心圓管間距既為兩層圓周之間的距離,也為圓周上管子的間距,4正方形在管板面積上可排列的管數最少,但是它易于清掃,在易于生成污垢、需將管束抽出清洗的場合得到一定的應用。流體流動方向正方形108正方形在管板面積上可排列的管數最少,但是它易于清掃,流體流動組合排列方式如在多管程熱交換器中,每程都采用等邊三角形排列,而在各程相鄰管排間,為便于安裝隔板則采用正方形排列。109組合排列方式如在多管程熱交換器中,每程都采用等邊三角形排列,轉角等邊三角形排列法流體的流動方向與三角形的一條邊平行的排列方法。特點:易清洗,但傳熱效果不如正三角形流體流動方向轉角正三角形110轉角等邊三角形排列法流體的流動方向與三角形的一條邊平行的排列轉角正方形排列法:流體的流動方向與正方形的一條對角線垂直的排列方法特點:管外清洗方便/但排管比三角形少流體流動方向轉角正方形111轉角正方形排列法:流體的流動方向與正方形的一條對角線垂直的排(6)管間距定義管板上兩根管子中心線的距離

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