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第7章 管壳式换热器的机械设计 第一节、换热器概论 在化工厂建设投资中，换热器占着很重要的份额，10%~40%； 换热器可以是热交换器、加热器、蒸发器、冷凝器等； 衡量一种换热器好坏的标准是传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构可靠，节省材料；成本低；制造安装检修方便。 管箱的作用：把管道中来的流体均匀地分布到各个换热管中去，并把换热管内的流体汇集到一起并送出换热器，在多管程换热器中，管箱还起着改变管程流体流向的作用； A：平盖管箱； B：封头管箱； C：用于可拆管束与管板制成一体的管箱； D：特殊高压管箱。 B：前端管箱为封头式管箱； E：单程壳体（壳程为1）； B：后端管箱为封头式管箱； 700：壳体公称直径（mm）； 2.5：壳程设计压力（MPa）； 1.6：管程的设计压力（MPa）； 200：公称换热面积（m2）； 9：换热管长度（m）； 25：换热管外径（mm）； 4：四管程结构； I：I级固定管板换热器 两管板由换热管相互支撑，管板最薄； 结构简单，造价较低； 管外清洗困难； 管壳间存在温差应力，当介质温差较大时，必须设置膨胀节； 适合于壳程介质清洁、不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但管程压力不高的场合。 一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动，因此不存在温差应力； 管束可以取出，便于清洗； 结构较为复杂，金属消耗量大； 适用于管壳温差较大、以及介质易结垢的场合。 管束一端可以自由膨胀，检修、清洗方便； 实际上是另一种形式的浮头式换热器，只不过把原置于壳体内的浮头移至壳体之外，并用填料函来密封壳程介质，以防泄漏； 壳程内介质有外漏的可能，但壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀； 管内不便清洗，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏后不易更换； 因为不存在温差应力，适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。 壳体直径的确定和壳体壁厚的计算； 换热器封头选择，压力容器法兰选择； 管板尺寸的确定； 管子拉脱力的计算； 折流板的选择与计算； 温差应力的计算； 接管的选择； 接管法兰的选择； 开孔补强； 换热器支座； 附件。 第二节、换热管、管板与折流板 换热管的长度、直径壁厚都有一定的标准； 换热管长：1500，2000，2500，3000，4500，5000，6000，7500，9000，12000等等； 长径比一般在4~25之间，常用为6~10； 换热管规格： 胀接是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，当取出胀管器后，管板孔弹性收缩，管板与管子就产生一定的挤紧压力，紧密地贴在一起，达到密封紧固连接的目的； 采用胀接时，管板硬度应高于换热管管端，以保证胀接质量； 胀接长度l取下列三者中的较小者： 1). 两倍换热管外径； 2). 50mm； 3). 管板厚度减3mm。 管板上的孔，有孔壁开槽的与孔壁不开槽的两种，孔壁开槽可以增加连接强度和紧密性，因为当胀管后管子产生塑性变形，管壁被嵌入小槽中。 在高温高压下，焊接连接能保持连接的紧密性； 管板孔加工要求低，可节省加工工时； 焊接工艺比胀接工艺简单； 在压力不太高的情况下可使用较薄的管板； 换热管的排列应在整个换热器的截面上均匀地分布，要考虑排列紧凑、流体的性质、结构设计以及制造等方面的因素。 优点：在相同的管板面积上可排列较多的换热管； 主要适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。 优点：便于清洗； 但在相同管板面积上排列管数目最少； 一般用于管束可抽出清洗管间的场合。 管板上两换热管中心的距离称为管间距； 管间距的确定，要考虑管板强度和清洗管子外表面时所需空隙，它与换热管在管板上的固定方法有关。 固定管板式换热器的换热管在管板上的布置是有限制的，最大的布管圆： DL=Di-2b3 其中：DL：布管限定圆直径 Di：换热管壳体内直径 b3：管束最外层换热管外表面至客体内壁的最短距离 各管程换热管根数应基本相等； 相邻程间平均壁温一般不应该超过28℃ ； 各程间的密封长度应最短； 分程隔板的形状应尽量简单、便于加工； 为了提高壳程内流体的流速和加强湍流程度，以提高传热效率，在壳程内装设折流板，它还起着支承换热管的作用； 当工艺上无装折流板的要求，而管子比较细长时，应考虑有一定数量的支承板，以便安装和防止管子变形过大； 折流板的形状：弓形、圆盘—圆环形、带扇形切口等