第十二章管壳式换热器.ppt

第三篇典型的化工设备 第十二章 管壳式换热器 一 概述 二 换热管的选用及其与管板的连接 三 换热管排列形式 四 其它附件的作用与结构 五 温差应力 直接影响产品质量、生产效率和经营成本—— 化工装置投资的11%，石油炼厂设备投资的 40%。 ◎应用广泛——适用于多种目的： 热交换，加热，冷却，冷凝，蒸发…… ◎衡量标准：传热效率，流体阻力，强度，结构可靠度，耗材量，成本，制造，安装，检修…… ◎结构品种多，各有利弊 二 换热管的选用及其与管板的连接 1 换热管选用 常用管子形式： 胀管结束后：管板孔边缘弹性回复，挤压管端并贴紧。 （2）焊接 优点： 高温高压下能保证连接的 紧密性； 管板孔加工精度要求不 高，低于胀接； 焊接工艺简单； 缺点： 存在焊接热应力——应力 腐蚀； 管与孔间有间隙——形成 介质死区，间隙腐蚀。 （3）胀焊并用 克服了单纯的焊接及胀接的缺点，主要 优点是： 连接紧密，提高抗疲劳能力； 消除间隙腐蚀和应力腐蚀； 提高使用寿命。 施工方式：先胀后焊；先焊后胀。 胀接——贴胀；强度胀。 焊接——密封焊，强度焊。 根据不同情况具体制定施工工艺。 三 换热管排列形式 1 排列方式 （1）正三角形和转正三角形排列 （2）正方形和转角正方形排列 2 管间距（换热管中心距） 管间距：相邻两根换热管的中心距。 要考虑到： ①管板强度； ②清洗空间； ③管子在管板上的固定方法等 中心距≥1.25倍管子外径。 3 管板设计方法简介 （1）管板当作受均布载荷的实心圆平板， 按弹性理论求解弯曲应力； （2）管束作为弹性基础，计算各种载荷作 用下的弯曲应力； （3）取相邻四个管板孔间的菱形，按弹性 理论，计算均布载荷下的最大弯曲应 力。 4 管程分程及管板与隔板的连接 （1）换热面积较大，要进行分程 a.管子太长，设备长径比过大，浪费材料； b.增加流速，提高传热效果。 （2）分程要求： a.各程管数大致相同； b.相邻程管壁温差不大于28℃； c.隔板形状应简单。 （3）常用管程数为：1，2，4，6，8，12。 （4）分程隔板及其与管板间的密封 管箱结构： 四 其它附件的作用与结构 1 折流板及支撑板 作用：a.提高壳程流体流速，改变流动方向— 提高传热效率。b.支撑换热管。 形式：a.弓形；b.圆盘-圆环形；c.扇形。 2 旁路挡板 壳体与管束之间 存在有较大间隙 时，为避免流体 走短路，沿纵向 设置板条，迫使 流体穿过管束。 3 拦液板 作用：在立式冷凝器中，用来减薄管壁上的液 膜以提高传热膜系数。 五 温差应力 1 温差应力的产生： 2 管子拉脱力的计算 引起拉脱力的因素为：操作压力和温差应力 a 操作压力引起的拉脱力qp: 介质压力作用的面积 f 如图示 c 合拉脱力： 两者使管子受力方向相同—取之和； 两者使管子受力方向相反—取之差。 d 拉脱力判据： 计算合拉脱力必须小于许用拉脱力： q＜[q] 3 温差应力的补偿 目的：解决壳体与管束轴向变形的不一致性。 或者说，消除壳体与管子间的刚性约束，实现 壳体和管子自由伸缩。 补偿方法： （1）减小壳体与管束间的温度差 使传热膜系数大的流体走壳程； 壳壁温度低于管壁温度时，对壳体进行保温。 （2）采用壳体与管束自由伸缩的结构 a填料函式换热器 b 浮头式换热器 （3）套管式结构 4 膨胀节结构及设置 ——装在固定管板式换热 器上的挠性元件。 (1)膨胀节的作用及结构形式： 作用：对管子与壳体的膨胀 变形差进行补偿，以消除或 减小温差应力； (2)结构形式： a 平板焊接膨胀节； b 波形膨胀节； c 夹壳式膨胀节 d 波纹管 (3)必须设置膨胀节的条件： 满足下述条件之一者： a b c (4)膨胀节的选用及安装 依据标准：GB16749-1997 《压力容器波形膨胀节》 安装注意：a 与壳体对接焊，保证焊透； b 要进行无损探伤； ——限于管子与管板胀接情况 计算的目的：保证胀接接头的牢固连接和良 好的密封性。 拉脱力定义：管子每平方米胀接周边上所受 的力，单位为帕。 介质压力p，取管程压力和壳程压力两者中的较 大者。管子外径为d0 ；管子胀接长度为l。 则拉脱力为： b 温差力引起的拉脱力 qt ： 每根管承受温差力为 σt×at