典型化工设备的机械设计方案.pptx

压力容器的常规设计方法内压、外压〔中、低压〕几类常用化工设备 换热设备、塔设备、搅拌设备第三篇　典型化工设备的机械设计换热器塔设备搅拌设备第七章 管壳式换热器的机械设计 教学重点〔1〕典型管壳式换热器的选型〔2〕固定管板式换热器的根本结构〔3〕管子的选用及管板的连接〔4〕温差应力产生的原因及补偿措施教学难点： 管、壳程的分程及隔板第一节 换热器概述 一、定义 换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。 1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。2、是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11％～ 40％ 。那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？二、衡量标准 1.先进性 传热效率高，流体阻力小，材料省 2.合理性 可制造加工，本钱可接受 3.可靠性满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿命三、不同目的的换热器 冷却器〔cooler〕冷凝器〔condenser〕加热器〔一般不发生相变〕〔heater〕蒸发器〔发生相变〕〔evaporator〕再沸器〔reboiler〕 废热锅炉〔waste heat boiler〕 热流体冷流体热流体冷流体四、换热器的根本类型按传热方式或工作原理分类1、直接接触式传热效果好，但不能用于发生反响或有影响的流体之间直接接触式换热器　冷流体热流体热流体冷流体2、蓄热式温度较高的场合，但有交叉污染，温度波动大蓄热式换热器　重点3、间壁式——又称外表式换热器利用间壁〔固体壁面〕进行热交换。冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。应用最为广泛，形式多种多样，如管壳式换热器、板式换热器等对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为排管、蛇管、套管(1)管式螺旋板式、板式、板翅、伞板等(2)紧凑式重点(3)管壳式下面我们来看一看管壳式换热器的根本结构管壳式换热器 根据我们前面学习的内容，请同学们说说序号2、3、8、12、21各代表什么零件？图7-1　换热器构件名称1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法兰;3-设备法兰;4-管板;5-壳程接管;6-拉杆;7-膨胀节;8-壳体;9-换热管;10-排气管;11-吊耳;12-封头;13-顶丝;14-双头螺柱;15-螺母;16-垫片;17-防冲板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉杆螺母;21-支座;22-排液管;23-管箱壳体;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱盖管壳式换热器的结构：五、管壳式换热器的分类 根本类型固定管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器 填料函式换热器〔一〕固定管板式换热器无补偿器带补偿器固定管板换热器—— 分为带补偿器和不带补偿器两种。图7-2　固定管板式换热器lgs.rmvb结构三维图优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件〔如膨胀节、挠性管板等〕，来吸收热膨胀差。图7-3　带膨胀节的固定管板式换热器〔二〕浮头式换热器图7-4　浮头式换热器优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力。缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在 操作中无法检查，影响传热。适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合。　浮头结构〔三〕填料函式换热器特点：1.一端可自由伸缩— 不产生热应力；2.管束可以抽出，管内外均易清洗；3.填料将壳程介质与外界隔开，易外漏，介质受限制；填料函式密封　填料函式换热器优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。 缺点：填料处易泄漏。 适用场合： 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及 贵重介质，使用温度受填料的物性限制。U形管式换热器U形管式换热器..\zm化设ch7国检\uxg.rm动画〔四〕U形管式换热器U型管式换热器的二维图1.只有一个管板，结构简单；2.管子可以抽出，管间易清洗；3.管子可以自由膨胀；4.管内不便清洗，不易更换；5.结构不紧凑。特点：图7-7　U型管式换热器优点：结构简单，价格廉价，承受能力强，不会产生热应力。缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀 性大的物料。六、管壳式换热器设计内容 〔一〕工艺计算 选型；确定管、壳程；通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳程数 。〔二〕机械设计 1〕壳体直径的决定和壳体厚度的计算；2〕换热器封头选择，压力容器法兰选择；3〕管板尺寸确定；4〕折流板的选择与计算；5〕管子拉脱力的计算；6〕温差应力计算。