管壳式热交换器设计全解4

第二章 管壳式热交换器第一节 管壳式热交换器的类型标准与结构1一、 热交换器的类型沉浸式蛇管式管式 喷淋式套管式列管（管壳）式 间壁式 夹套式板式 板式螺旋板式翅片管式 翅片式板翅式混合式（直接接触式）蓄热式二、 列管式换热器的基本型式无膨胀节固定（管板）式有膨胀节U型管式浮头式填料函式 2优点：结构简单、便于制造、便于防腐、且能承受高压 。缺点：管外液体的对流传热系数较小，从而总传热系数亦小，如增设搅拌装置，则可提高传热效果。3喷淋蛇管式换热器4优点：与沉浸式相比，该换热器便于检修和清洗。缺点：是占地较大，水滴溅洒到周围环境，且喷淋不易均匀。53 列管式换热器优点 ：容易制造、生产成本低，适应性强，尤其适于高压流体，维修清洗方便。缺点：结合面较多，易泄漏。1 外壳 2 管束 3、 4 接管 5 封头 6 管板 7 挡板 6结构前端管箱壳 体后端（包括管束）分类固定管板式U形管式填料函式浮头式管程壳程管流体壳流体换热管内的通道以及与其相贯通处称为管程。换热管外的通道以及与其相贯通处称为壳程。流经管程的流体称为管流体流经壳程的流体称为壳流体。概念管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上只有一个管板，换热管弯成 U形管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封，两端管板之一不与壳体连接，7单管程多管程当管流体一次通过管程称为单管程当热交换器传热面积比较大，所需管子数目比较多时，为提高管流体流速，我们通常将换热管平均分为若干组，使流体在管内依次往返多次，称为多管程。单壳程多壳程当流体一次通过壳程称为单壳程 。为提高流体的流速也可以将壳程分为多程，分程可使壳流体流速增大，扰动加剧，有助于强化传热，但是壳程分程，不仅使流动阻力增大，且制造安装较为困难。因此工程上应用较少。 8单程列管式换热器1 外壳 2 管束 3、 4 接管 5 封头 6 管板 7 挡板 9双程列管式换热器1 壳体 2 管束 3 挡板 4 隔板 10固定管板式热交换器无膨胀节有膨胀节特点 ： 结构简单，重量轻，在壳程程数相同的条件下 ,可排的管数比较多，壳程不能够检修和清洗，当产生热膨胀时使接口脱开，发生流体的泄漏。11热应力的处理方法 ： 在外壳上装设膨胀节，但是只能减小不能完全消除由于温差引起的热应力，而且在多程热交换器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。12U形管式热交换器n应用场合 ： 适用于壳方流体洁净且不宜结垢，流体温差小于 70 壳方压力小于 600KPa的场合。13结构特点： 只有一个管板，换热管弯成 U形，管子两端固定在同一管板上，管束可自由伸缩。当壳体与 U形换热管有温差时，不会产生温差应力。1415特点：优点 ：结构简单，造价低，运行可靠，管间易清理。缺点 ：管内不易清洗，管板的利用率较低，壳程易短路，损坏的管子难于调换。应用场合 ： 高温高压。16浮头式热交换器结构 ： 一块管板与壳体固定，另一块管板可以在壳体内来回活动，并连接一浮头，当管束受热受冷时即可自由伸缩。浮头式换热器各有一个内浮头和一个外浮头。特点：优点 ： 管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因差胀产生热应力。管程壳程及清洗检修较为方便，将整个管束从固定端抽出即可。 17u应用场合： 适用于流体温差较大，或壳程流体易结垢的场合。缺点 ： 浮头盖与管板法兰连接面积较大，壳体直径增加，在管束与壳体之间形成阻力较小的环形通道，部分流体由这里通过不参加换热。形成短路。结构较复杂，造价高，易发生内漏。18u结构特点 :管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封，可在调料函中滑动，浮头露在壳体外面， 又称为外浮头式热交换器。 管束可以自由伸缩，不会因壳壁和管壁的温差而产生温差应力。19l优点 ： 结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。l缺点 ： 因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于 4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。应用场合 ： 温差较大，介质易结垢，且压力不高的场合。20热补偿浮头补偿 ：补偿圈补偿 ：U形管补偿 ：21三、 基本参数公称换热面积 SN公称直径 DN公称压力 PN换热管长度 L换热管规格管程数根据我国 1989年颁布的国标 GB151-89的适用范围为：（ 1）公称直径 2000mm；（ 2）公称压力 35MPa；（ 3）公称直径（ mm）和公称压力 (MPa)的乘积 104。22钢制管壳式热交换器型号的表示方法DNP t/Ps A LN/d Nt/Ns ( 或 )( 或 ) ： 级 热交换器 采用高级或较高级冷拔钢管 级热交换器 采用普通级冷拔钢管Nt/Ns： 管 /壳程数，对于单程只写 NtLN/d ： LN-公称长度 (m)，d-换热管外径（ mm）A： 公称换热面积 （ m2）Pt/Ps:管 /壳程设计压力（ MPa） ,压力相等时只写 Pt DN:公称直径（ mm）23 第一个字母代表前端管箱形式 ，第二个字母代表壳体形式 ,第三个字母代表后端结构形式 例 ： AES500-1.6-54-6/25-4A平盖管箱E单程壳体S钩圈式浮头式热交换器公称直径为 500mm管程和壳程设计压力分别为 1.6MPa公称换热面积为 54m2换热管外径 25mm管长 6m4管程单壳程 一级管束碳素钢较高级冷拔换热管 24第二节 列管式换热器的组成元件及其连接一、换热管(1)概述：换热管是管壳式换热器的传热元件，主要通过管壁的内外面进行传热，所以换热管的形状、尺寸和材料，对传热有很大的影响。小管径且管壁较薄的管子在相同的壳径内可以排列较多的管子，使换热器单位体积的传热面积增大、结构紧凑，单位传热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但制造麻烦，且易结垢，不易清洗。25（ 2）管子在管板上的固定与排列1)、选择管壳式热交换器传热面材料的决定因素：材料的工作压力、温度和流体腐蚀性、流体对材料的脆化作用及流体的毒性所决定。2)、材料的种类：碳钢、合金钢、铜、塑料、石墨等我国管壳式换热器常用换热管为：碳钢、低合金钢管有：192、 252.5、 383、 573.5 ；不锈钢管有 252、 382.5。 长度规格有 1.5、 2.0、 3.0、 4.5、 6.0、 7.5、 9.0、 12.0m，在炼油厂所用的换热器中最常用的是 6m管长。换热管一般都用光管，为了强化传热，也可用螺纹管、带钉管及翅片管。26（ 3）管子与管板的连接 : 连接要求 良好的密封性 防止流体短路足够的紧固强度 有足够的抗拉脱力连接方法胀接焊接胀焊并用 强度胀 :定义 : 保证换热管与管板连接的 密封性能 及 抗拉脱强度 的胀接方法 :均匀胀接非均匀胀接 机械滚胀法，常用液压胀接液袋胀接橡胶胀接爆炸胀接27胀管法原理 :28a.管子不能排的太密 管板强度、刚度管子温度不易太高 会消除接头处残余应力b.不能c.材料要求 :管板硬度管子硬度若两者材料相同 , 应把管子端部退火d.结合面粗糙度 :一般要求为过胀 否则影响密封性欠胀 否则影响紧固性12.5注意 : 当管板是不易胀