列管式换热器的工艺设计毕业论文.doc

第二章 列管式换热器的工艺设计 第一节 概述 换热器是石油、化工、轻工等行业的常用设备，在工艺流程中起到为化学反应过程和物理操作过程创造必要条件、提高热量综合利用和回收余热的作用。在化工建设投资中，换热器约占总投资的11％。在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的20%。若按工艺设备重量统计，换热器在石油化工装置中约占40%左右，由此可见换热设备在化工设备中的地位。 工业换热器的种类繁多，其中以列管式技术最为成熟，同时具有适用范围广、耐压性能好、便于强化传热等优点，故迄今为止仍以列管式换热器占绝大多数。本章就列管式换热器的工艺设计问题进行介绍。 一、列管式换热器的结构类型 列管式换热器又称管壳式换热器，是一种通用标准换热设备。虽然在换热效率、紧凑性、材料消耗等方面不及新型换热器，但由于其具有结构简单、牢固耐用、适应性强、操作弹性大等优点，故在石化、轻工等行业工业换热设备中仍占主导地位。列管式换热器根据结构特点分为以下几种。 （一）固定管板式换热器 固定管板式换热器结构如图2-1所示。其结构特点是两块管板分别焊接于壳体的两端，管束两端固定在管板上，具有结构简单、紧凑，造价低等优点。缺点是：（1）除非割开管板壳程无法清洗；（2）当壳体与换热管的温差较大时（一般以50℃为限），因壳体与换热管的热膨胀性差异导致的温差应力（又称热应力）具有破坏性，需在壳体上设置膨胀节（又称热补偿圈），但壳程压力对膨胀节强度及伸缩均有影响，一般不建议采用。因此，其适用于壳方流体洁净且不易结垢、两流体温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。 图2-1固定管板式换热器(立式) 1－折流挡板；2－管束；3－壳体；4－封头；5－接管；6－管板；7－悬挂式支座 （二）浮头式换热器 浮头式换热器结构如图2-2所示。其结构特点是换热器一端管板用法兰与壳体固定，另一端管板用一内封头封住管程流体并可在壳体内沿轴向自由伸缩，故称该端为浮头。优点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间；管束的膨胀不受壳体的约束，因而壳体与管束之间不会产生温差应力，也即具有自热补偿功能。缺点是：结构复杂，浮头密封要求高，用材量大、造价高，故适用于壳体与管束温差较大及管壳方均易结垢的场合。很显然，浮头式换热器的管程数一定为偶数。 图2-2 浮头式换热器 1－壳盖；2－固定管板；3－隔板；4－浮头勾圈法兰；5－浮动管板；6－浮头盖 （三）U型管换热器 U型管换热器的结构如图2-3所示。其结构特点是：管子折成U形后固定在同一管板上，管束末端也可以自由伸缩，具有自热补偿功能，管程数也为偶数。U型管式换热器的优点是：结构简单、造价低，一般化工厂的附属机修车间就能自制；只有一个管板，密封面少，耐压性能好，运行可靠；管间清洗较方便。其缺点是：因管束存在回弯部分，易阻塞，故管程清洗较困难；可排管子数目较少，其管束最内层管间距大，壳程流体易走短路，一般用于管、壳程温差较大且管程介质不易结垢的场合。 图2-3 U型管换热器 （四）填料函式换热器 填料函式换热器又称外浮头式换热器，其结构如图2-4所示，类似浮头式换热器，不过浮头部分伸出壳体外，浮头与壳体间的间隙用填料函密封。它具有浮头式换热器的优点，但结构比浮头式换热器简单，制造方便，易于检修清洗。常用于一些腐蚀严重，需要经常更换管束的场合。但由于壳程介质有可能通过填料函外漏，故不宜走易燃、易爆或有毒的流体，壳程压力一般要小于4MPa。受填料密封性能的限制，直径一般在700mm以下。 图2-4 填料函式换热器 1-活动管板；2-填料压盖；3-填料；4-填料函；5-纵向隔板 （五）釜式换热器 釜式换热器结构如图2-5所示。其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间，管束可以为固定管板式、浮头式或U型管式，适用于壳程液体吸热汽化的过程，可作为简单的废热锅炉。 图2-5釜式换热器 二、列管换热器的型号与规格 （一）基本参数 列管换热器的基本参数主要有： 1、公称直径DN 对卷制圆筒，以圆筒内直径(mm)作为换热器的公称直径。 对钢管制圆筒，以钢管外径(mm)作为换热器的公称直径。 对釜式换热器，由于管箱和壳体直径不等，在直径表达时应以“管箱内径（mm）/壳体内径（mm）”示之。 2、设计压力（管程）、（壳程） 设计压力系指换热器在设计过程中对管程与壳程设定的最大压力（MPa），其值不得小于换热器的工作压力。 3、公称换热面积SN 公称换热面积为计算换热面积的圆整值（m2）。其中，计算换热面积一般以换热管外径为基准，为扣除伸入管板内的换热管长度后计算得到的管束外表面积；对U形管式换热器，一般不包括U形弯管段的面积。 4、公称长度LN 以换热管长度（m）为换热器的公称长度。其中，换热管为直管时，取直管长度；对U形管换热器，取U形管的直管段长度。 5、换热管 换热