6、换热设备.ppt

6 换热设备 冷热流体直接接触、彼此混合 为增加冷、热流体的接触面积以充分换热，换热器常采用塔状结构，内设填料和栅板，如冷却塔、气压冷凝器等。 特点： 传热效率高、设备简单，单位体积传热面积大， 但仅适于工艺上允许冷、热流体混合的场合。 管式换热器 特点： 利用管子壁面传热；坚固、可靠、适应性强、容易制造、能承受较高的压力和温度；目前应用最广泛。 流体性质：主要是腐蚀性，其次是结垢速率； 流体压力与温度：高压、高温时宜用管壳式，否则宜用板面式； 换热器价格 a. 固定管板式 b. 浮头式 c. u形管式 填料函式换热器 换热管型式 (3) 换热管材料 注：1、杆即折流杆 2、外环上的4个缺口分别装卡定位杆 折流栅的组合及折流栅组与管束的配置 一共14个内力： M——弯矩 H——横向剪力 v ——轴向力 ① 回收高温尾液与尾气（如烟气）中的余热，节约能源。 ② 满足生产工艺对相邻工段的降温需要——将高温介质降为低温介质，回收热量。 ③ 在回收余热或热量的同时对有害废气或废液进行环保处理，防止污染环境。 ① 结构形式多种多样，与一般锅炉的主要区别是没有燃烧器； ② 有些余热锅炉分体安装在工艺流程中的不同位置，其工作情况会影响整个工艺过程的情况； ③ 生产原料（热源）多种多样，废水废气的组成、温度腐蚀性等不同要求余热锅炉的适应性也相应不同； ④ 热源的热负荷经常波动会导致余热锅炉操作不稳定； ⑤ 对于高温、高压工况的余热锅炉，其结构、材料等方面的要求很高。 管壳式余热锅炉 结构上与管壳式换热器相同； 结构紧凑、金属耗量少； 适应的介质和操作条件广泛； 壳体、管板、管箱、进出口管之间均焊接； 管板与管束采用胀接。 传热方程：Q=KFΔT 槽 管 翅 片 改变壳程挡板结构 使壳程流体纵向流动，与传统的横向流动相比，可消除流动死区。 作业：P298思考题：1~6题（要求简答） 管板设计思路 (1) 管板弹性分析 将管板及其连接件看成弹性系统，综合考虑壳程压力、管程压力、温差应力和法兰翻转力矩的作用，可以画出管板及其连接件的内力分析图。然后建立各元件的位移或转角与相应内力的关系式，列出各元件之间应满足的变形协调条件，得到变形协调方程组，求出内力后再计算危险截面上的应力，并进行强度校核。 管箱 管箱法兰 壳程压力 螺栓 垫片 管板的环形非布管区 管板布管区 管程压力 膨胀节 壳体 壳体法兰 (2) 危险工况 如果壳程压力ps与管程压力pt不是在任何情况下都同时作用，（例如停车时pt先为零），则不允许以壳程压力和管程压力之差设计管板（确定板厚）。 如果ps和pt之一为负压时，则应考虑压力差的危险工况组合。 根据操作条件和欲达到的设计精度，同一管板可出现多种危险工况组合。例如图6－17(c)所示的上半部分不带法兰的管板，由于压力引起的应力强度与压力和热膨胀差共同引起的应力强度的限制值不同，可有下列4种危险工况组合： ① ps0，pt=0，不计热膨胀差； ② ps0，pt=0，计入热膨胀差； ③ ps=0，pt0，不计热膨胀差； ④ ps=0，pt0，计入热膨胀差； ps——壳程压力；pt——管程压力 (3) 管板应力校核 在不同的危险工况组合下，算出相应的管板布管区应力、管板非布管区应力、壳体法兰应力、换热管轴向应力、换热管与管板连接处拉脱力等，再进行各危险工况组合下的应力校核。 (4) 降低管板应力的措施 如果管板应力校核未通过，可采用下列措施降低管板应力： a. 增加管板厚度，以增加其抗弯截面模量； b. 降低壳体的轴向刚度，以降低其温差应力。最有效的措施是设置膨胀节； (5) 管板设计计算软件 管板的设计计算十分繁杂，为此GB151中提供了便于工程设计计算的算式和图表，但是工作量仍然很大。为此中国研发了有关的计算机应用软件，如SW6等，可以大大提高设计计算效率。 薄管板设计 前面“管板结构”指出：薄管板适于两侧压力差较小而温度差较大的场合，因此薄管板的工作应力主要是温差应力。而温差应力较小，因此可根据换热器直径确定管板厚度。因为薄管板的弯曲刚度较小，与其连接的管束必然承受较大的轴向载荷，当管子受压时容易失稳，故需要验算管子的稳定性。 十分繁杂的设计计算和计算机应用软件，主要适于厚管板的设计计算。 16 14 12 10 8 管板厚度 1400~1800 900~1200 700~800 500~600 300~400 公称直径 表6－3 薄管板的厚度 6.2.4 膨胀节设计 膨胀节的作用与结构形式 作用：补偿壳体及其结构链的热变形，从而降低壳体与管束的轴向应力、管束与管板连接处的拉脱力和管板的弯曲应力。 结构形式：有平板式、夹壳式、u形和Ω形等，其中u形应用最广泛，适于补偿量较大的场合；Ω形应用较广泛，适