换热设备21.ppt

换 热 设备 第二节 管壳式换热器 管壳式换热器虽然在传热效率、结构紧凑性、金属消耗量等方面不及板面式换热器等其他新型换热装置，但是它具有结构坚固、操作弹性大、材料范围广、适应性强等自身独特的优点，因而它能够在各种换热器的竞相发展中得以继续存在，目前仍然是化工生产中换热设备的主要形式，特别是在高温、高压和大型换热器中占有绝对优势。 一、管壳式换热器的形式与结构（一）固定管板式换热器 固定管板式换热器的管束两端通过焊接或胀接固定在管板上。 浮头式换热器的特点： 优点：浮头在壳内自由伸缩，适于冷热 流体温差较大的情况；换热管和浮头可拉出壳外，便于管外清洗。 U型管式换热器： 复习巩固 1、根据传热原理，换热器可分为哪几类？各自的传热原理是怎样的？ 2、间壁式换热器的主要类型有哪些？ 3、管壳式换热器的主要组成是？根据其结构可分为哪些类？ 管板是管壳式换热器的重要部件，其设计是否得当，关系到换热器能否正常工作。管板强度的影响因素很多，主要的有以下几个方面。 1、管束对管板的支承作用 换热管通过焊接或胀接固定在管板上，当管板在外载荷作用下发生弯曲变形时，管束也将产生变形，管束的变形有端部的弯曲变形和中间部分的伸长或压缩变形两种。 管束的轴向变形，对管板产生弹性约束反力，弹性反作用力随位置(管板半径)的不同而变化，挠度大的地方，管子对管板弹性作用力也大。如果管板直径比管子直径大得多，而管数又是足够多时，可将弹性力看作连续分布载荷，管束对管板的作用，可简化为连续支承管板的弹性基础。 2、开孔对管板的削弱 管板上密布着规则排列的小孔，削弱了管板的强度和刚度，在管孔边缘还将产生应力集中。但管子固定在管板上，又对管板起一定的加强作用，抵消了部分应力集中的影响，设计时，通常采用削弱系数来考虑开孔对管板强度与刚度削弱的影响。 3、管板周边支承形式的影响 管板周边支承形式，根据其对管板变形时的约束作用程度分为固支和简支以及介于二者之间的半固支三种类型。当周边固支时，管板上应力和挠度小，周边简支时，应力和挠度均较大。 4、温差的影响 温差应力有两种情况：一是壳壁温度和管壁温度不同将导致壳体和管束的伸长量不同，致使管板产生弯曲弯形；二是管板上下表面接触的是两种温度不同的流体，温度的不同将在管板上产生温差应力。 其他的影响因素还有管板是否兼作法兰的不同影响，当管板兼作法兰时，要考虑法兰力矩的影响。周边不布管区对管板边缘的应力下降的影响等。 由于影响管板强度的因素很多，受力情况非常复杂，吸引了许多专家和工程技术人员对此进行研究，提出了许多管板强度理论。国际上采用比较多的、有代表性的有以下几种。 (1)基于圆平板的理论 这种理论将管板当作周边支承条件下受均布载荷作用的圆平板，采用平板理论公式确定管板厚度，再考虑开孔削弱等影响，引入经验性的修正系数。这种理论计算简单，但局限性较大。采用这一理论的有美国和日本等国家。 (2)固定支承圆平板理论 这种理论将管束当作周边支承条件下受均布载荷作用的圆平板。该理论认为管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。 (3)基于安置在弹性基础上的圆平板理论。 这种理论将管板看作由管束弹性支承的圆平板。该理论考虑了开孔的影响。采用这一理论的有英国等国家。中国管板设计理论是在此基础上，进一步考虑了法兰附加弯矩、管板周边布管情况等方面的影响。在理论上更完备，在结果上更精确，管板所需厚度最小，但计算 更为复杂。 四、管箱、折流板、挡板 1．管箱 管箱是位于换热器两端的重要部件。它的作用是接纳由进口管来的流体，并分配到各换热管内，或是汇集由换热管流出的流体，将其送入排出管输出。 2．折流板与支承板 在换热器中设置折流板是为了： （1）提高壳程流体的流速； （2）增加流体流动的湍动程度； （3）控制壳程流体的流动方向与管束垂直，以增大传热系数。 （4）在卧式换热器中，折流板还起着支撑管束的作用。 常用的折流板有弓形与圆盘-圆环形两种。弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种形式，多弓形适应壳体直径较大的换热器，其安装位置可以是水平、垂直或旋转一定角度。 3．挡板 当选用浮头式、U形管式或填料函式换热器时，在管束与壳体内壁之间有较大环形空隙，形成短路现象而影响传热效果。对此，可增设旁路挡板，以迫使壳程流体垂直通过管束进行换热。旁路挡板数量可取2～4对，一般为2对。挡板可用钢板或扁钢制作，材质一般与折流板相同。 六、温差补偿装置 在固定管板式换热器中，管束与壳体是刚性连接的。当管程流体温度较高而壳程流体温度较低时