第16章管壳式换热设备祥解.ppt

双管程换热器内的流体流动 16.4 管壳式换热器强化传热 过程设备设计 导流筒 16. 3. 8 膨胀节 膨胀节是标准件，GB16749—1997《压力容器波形膨胀节》。设计时，按标准选取膨胀节后还要校核其应力。常用的膨胀节结构如右图所示。 膨胀节焊接在固定管板式换热器的筒体上，它的形状决定了它受轴向力后容易变形，因此可减小（不能消除）管、壳间的温差应力。 图16.16 波形膨胀节 16.4.1 强化传热的原理 提高总传热系数——强化换热系数较小的一侧 扩大换热面积——采用小直径管，扩展换热表面 增加平均传热温差 ——逆流流动 、多股流体流动 增大α的途径 提高介质流速 增大介质扰动程度 流体阻力增大 16.4.2 管内放置强化传热元件 不改变传热面形状，通过改变换热管内流体流动来强化传热，提高传热效率，简便有效，也有利于传热面积的扩大，且易于对旧设备进行改造，应用广泛。 扭带 螺旋线圈 绕花丝 图16.20 a 螺旋槽管? b 横纹槽管 1. 槽管 流体在沟槽或凸起处产生旋涡 增加近壁区的湍流程度 提高对流传热系数 适用于强化管内单相流体的传热、管外蒸汽冷凝、管外液体膜态沸腾。 16.4.3 异形管强化传热 2. 波纹管 图16.21 波纹管 D δ h 既能强化管内又能强化管外，传热效率高、不易结垢、热补偿能力好、体积小、重量轻，传热系数是光管的2~3倍，得到了广泛应用 。 3. 缩放管 压力降相同的条件下，缩放管的传热能力比光滑管大70%以上。 图16.25 外翅片圆管 翅片管适用于清洁的气体，不适用于高表面张力的液体冷凝、结垢严重、携带大量颗粒、需要机械清洗的场合。 4. 翅片管 圆形翅片管 * 第16章 管壳式换热设备 16.1 概述 换热设备的分类：混合式、蓄热式、间壁式。 换热设备的作用：进行热量交换。在各行业应用极为广泛。 混合式换热器 蓄热式换热器 间壁式换热器 间壁式换热器 16.2 管壳式换热器的形式 刚性结构：固定管板式 有温差补偿装置： 浮头式 填料函式 U型管式 管壳式（列管式）换热器中冷、热介质分别走管程或壳程，传热面是管壁。管壳式换热器是目前应用最广泛的换热器，已形成了标准化、系列化产品。 带膨胀节的固定管板式 16. 2. 1 固定管板式换热器 管板 筒体 换热管 管箱 折流板 拉杆、定距管 膨胀节 与有温差补偿装置的相比，结构简单、紧凑，造价低，便于更换管子，管内便于清洗；但管外不能进行机械清洗，管壳间有温差应力。壳体上设置膨胀节可大大减小温差应力。 16. 2. 2 U型管式换热器 折流板 结构简单，造价低，管束能自由伸缩，管壳间没有温差应力；不能更换管子，管内不便于清洗，管束中心空隙大、排的管子少。适用于管、壳间温差大，管内介质高温、高压、清洁的场合。（合成氨工段的废热锅炉） 换热管 管板 筒体 管箱 16. 2. 3 浮头式换热器 管束能自由伸缩，管壳间没有温差应力，管内、管外清洗方便；结构复杂，造价较高，管束与壳体间有较大的环隙，排的管子少。 16. 2. 4 填料函式换热器 管束能自由伸缩，管壳间没有温差应力，管内、管外清洗方便，结构较浮头式简单，造价也较低；但壳程的温度、压力不能太高。 16.3 管壳式换热器的结构设计 管壳式换热器的设计包括三部分内容： 工艺计算：求换热面积、壳体直径、换热管长度、根数等。（化原） 结构设计：确定各零部件的型式及各零部件间的连接关系。（本节） 强度计算：校核各零部件及整台换热器是否满足强度及安全要求。 结构设计包括八个方面的内容。 16. 3. 1 换热管的选用 包括换热管的材料、规格（管径、管长）两方面。 材料 换热管与管内、管外的两种介质直接接触，因此需根据介质的压力、温度和腐蚀性来选择换热管的材料。 腐蚀性不大的介质用10、20号无缝钢管，低合金16Mn。 酸性腐蚀介质选0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti等。 氢腐蚀介质选15CrMo。 非金属：石墨、聚四氟乙烯等。 2. 管径 为使换热管内流体达到湍流状态且阻力不太大，管内的流速一般取0.3~2m/s（液体）、8~25m/s（气体）。 碳钢、低合金钢管：φ19×2、φ25×2.5、φ38×2.5、 φ57×3.5 不锈钢管：φ19×2、 φ25×2、 φ38×2.5、 φ57×2.5. 不锈钢薄壁焊管： φ25×1 较大直径的管子用于不清洁或粘度较大的流体，以便于清洗和减小流体阻力。较小直径的管子用于清洁流体或压力较高的场合。 在传热面积、流速和其他条件相同的情况下管子直径小，则壳体直径减小，结构紧凑。所以在高压下要选