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化工设备机械基础—第3篇 典型化工设备的机械设计(第七章 管壳式换热器的机械设计)
四、换热器的基本类型 图7-11 纵向翅片管 (a)焊接外翅片管 (b)整体式外翅片管 (c)镶嵌式外翅片管 (d)整体式内外翅片管 图7-12 径向翅片管 图7-13 螺纹管 (四)材料 由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。 金属材料 碳素钢 低合金钢 不锈钢 铜 铜镍合金 铝合金 钛等 非金属材料 石墨 陶瓷 聚四氟乙烯等 二、管子与管板的连接 (一)胀接 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,取去胀管器后,管板与管子产生一定的挤压力,贴在一起达到密封紧固连接的目的。 图7-14 胀管前后示意图 (a)胀管前 (b)胀管后 液压 胀管器 液压胀接 机械胀接 适用范围:换热管为碳素钢,管板为碳素钢或低合金钢,设计压力≤4MPa,设计温度≤300℃,且无特殊要求的场合。 原因:温度升高,残余应力减小,使管子与管板间的胀接密封性能、紧固性能都下降,故设计温度≤300℃ 。 要求管板硬度大于管子硬度,否则将管端退火后再胀接。 胀接时管板上的孔可以是光孔,也可开槽(开槽可以增加连接强度和紧密性)。 图7-15 胀管连接结构及尺寸 (二)焊接 优点:在高温高压条件下,焊接连接能保持连接的紧密性,管板加工要求可降低,节省孔的加工工时,工艺较胀接简单,压力较低时可使用较薄的管板。 缺点:在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂,同时管子、管板间存在间隙,易出现间隙腐蚀。 图7-16 焊接间隙示意图 管板 间隙 换热管 图7-17 焊接接头的结构 (a) c (c) (b) (d) (三)胀焊并用 胀焊并用连接主要有: 强度焊+贴胀………………先焊后胀 强度胀+密封焊………………先胀后焊 概念解释:密封焊—不保证强度,只防漏; 强度焊—既防漏,又保证抗拉脱强度; 贴胀—只消除间隙,不承担拉脱力; 强度胀—既消除间隙,又满足胀接强度。 目前,先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。 第三节 管板结构 一、换热管排列方式 三角形排列紧凑,传热效果好,同一板上管子比正方形多排10%左右,同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少,且不需要进行机械清洗的场合。 (一)正三角形和转角正三角形排列 图7-18 正三角形排列的管子 流体流动方向 流体流动方向 正三角形排列 转角正三角形排列 (二)正方形和转角正方形排列 管间小桥形成一条直线通道,便于机械清洗。要经常清洗管子外表面上的污垢时,多用正方形排列。 图7-19 正方形排列的管子 流体流动方向 流体流动方向 转角正方形排列 正方形排列 (三)组合排列法 在多程换热器中多采用组合排列方法。即每一程中都采用三角形排列法,而在各程之间,为了便于安装隔板,则采用正方形排列法,如图7-20。 图7-20 组合排列法 二、管间距 (一)定义 (二)要求 管间距指两相邻换热管中心的距离。 管间距≥1.25d0,符合表7-5规定,便于管子与管板间的连接,因为对于胀接或焊接来讲,管子间距离太近,那么都会影响连接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm,主要是为折流板易于加工,不易损坏。 表7-1 常用换热管中心距/mm 72 57 48 40 32 25 19 16 换热管中心距 57 45 38 32 25 19 14 12 换热管外径do 最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于[(换热管外径的一半)+10mm]。 三、管程的分程及管板与隔板的连接 当换热器所需的换热面积较大,而管子做得太长时,就得增大壳体直径,排列较多的管子。此时,为了增加管程流速,提高传热效果,须将管束分程,使流体依次流过各程管子。 (一)分程原因 (二)分程原则 (三)分程隔板 图7-21 双层隔板与管板的密封 ①各程换热管数应大致相等; ②相邻程间平均壁温差一般不应超过28℃; ③各程间的密封长度应最短; ④分程隔板的形状应简单。 图7-22 单层隔板与管板的密封 隔板 管板 封头 隔板 管板 (四)分程方式 表7-2 管程布置表 五、管板与壳体的连接结构 (一)不可拆的焊接式 固定管板式换热器管板与壳体的连接 兼做法兰 不兼做法兰 图7-23 -01 兼作法兰时管板与壳体的连接结构 图7-23 -02 兼作法兰时管板与壳体的连接结构 图7-23 -03 兼作法兰时管板与壳体的连接结构 图7-24 不兼作法兰时
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