换热设备的设计分析.docx

第六章换热设备的设计

换热设备的分类和总体结构

换热设备的分类

按照传热方式的不同，换热设备可分为三类：

混合式换热器——利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状。

蓄热式换热器——在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。这类换热器的结构紧凑，价格便宜、单位体积传热面大，故较适合于气—气热交换的场合。

间壁式换热器——是工业中最为广泛应用的一类换热器。冷—热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为：

管式换热器——如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等。

板面式换热器——如板式、螺旋板式、板壳式等。

扩展表面式换热器——如板翅式、管翅式、强化的传热管等。其中以管式换热器应用作为广泛，其特点见表6-1所示。

类型 固定管式换热器

表6-1

管壳式换热器的主要类型及特点

浮头式换热器 U型管式换热器

换热器的管端以焊接或胀接的方法固结构特点 定在两块板上，管板以焊接的方法与

壳体相连

当壳体直径相同时便于排更多的管子，

设备性能 管内不易积垢

壳程难以清洗

在壳体与管中产生很大的温差应力

管壳式换热器的总体结构

换热器中一块管板与壳体固定，另一块管板能自由移动

管束可抽取

管内、外都能清洗一块管板可自由移动

在壳体与管中不会产生温差应力

换热管被弯成U形，管的两端固定在同一管板上

只有一块管板

管束可以从壳体中抽出管外清洗方便

管内清洗困难

在壳体与管中不会产生温差应力

管壳式换热器的总体结构均包括：管箱、管板、壳体、折流板或支承板、定距管、拉杆、分程隔板、接管、支座等。如图6-1所示。

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图6-1常见管壳式换热器结构

1—平盖；2—平盖管箱（部件）；3—接管法兰；4—管箱法兰；5—固定管板；6—壳体法兰；7—防冲板；

8—仪表接口；9—补强圈；10—壳体（部件）；11—折流板；12—旁路挡板；13—拉杆；14—定距管；

15—支持板；16—双头螺柱；17—螺母；18—外头盖垫片；19—外头盖侧法兰；20—外头盖法兰；

21—吊耳；22—放气口；23—椭圆形封头；24—浮头法兰；25—浮头垫片；26—无折边球形封头；

27—浮头管板；28—浮头盖（部件）；29—外盖头（部件）；30—排液口；31—钩圈；32—接管；

33—活动鞍座；34—换热管；35—假管；36—管束（部件）；37—固定鞍座；38—滑道；39—管箱垫片；

40—管箱短节；41—封头管箱；42—分程隔板；43—悬挂式支座；44—膨胀节（部件）；45—中间挡板；

46—U形换热器；47—内导流筒；48—纵向隔板；49—填料；50—填料函；51—填料压盖；

52—浮动管板；53—部分剪切环；54—活套法兰。

管壳式换热设备设计的内容和步骤

管壳式换热设备设计的内容

管壳式换热设备设计的内容包括工艺设计和机械设计两方面。本课程设计是把工艺参数、

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尺寸作为已知条件，在满足工艺条件的前提下，对换热设备进行强度、刚度及稳定性计算，并从制造、安装、检修、使用等方面出发进行结构设计。

换热设备设计任务书内容和格式按表6-2所示。

管壳式换热设备设计的步骤

在阅读了设计任务书后，按以下步骤进行换热设备的机械设计。

○1了解设计条件；

○2选材；

○3按设计压力计算壳体和管箱壁厚；

○4管子与管板连接结构设计；

○5壳体与管板连接结构设计；

○6管板厚度计算；

○7折流板、支持板等零部件的结构设计；

○8换热管与壳体在温差和流体压力联合作用下的应力计算；

○9管子拉脱离和稳定性校核；

○10判断是否需要膨胀节，如需要，则选择膨胀节结构型式并进行有关的计算；

○11接管、接管法兰、支座等的选择及开孔补强设计等。

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表6-2

换热设备设计任务书

比例

修改标记

条件内容修改

修改内容 签字

日期

设计参数及要求

壳程

管程

工作压力，MPa 1.43

1.53

设计压力，MPa 1.57

1.68

工作温度，℃ 310

420

设计温度，℃ 310

420

单位名称工程名称设计项目

条件编号

介质 碱洗气

推荐材料 16MnR

管/壳程数 1

传热面积，m2

变换气

20钢

1

70

设备图号

公称直径，mm

800

位号/台数

传热管直径，mm

38

提出人

日期

传热管长度，m

3

备注

传热管根数，根

205

腐蚀情况

微弱

设计寿命

接管表

符号

公称尺寸DN

连接面形式

用途

a

400

凹面

变换气

b

250