-换热器培训2013

1、 管管壳式换热器壳式换热器 管管壳式换热器是把换热管束与管板壳式换热器是把换热管束与管板连接后，连接后，再再用用筒体与管箱包起来，形成两个筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。独立的空间。 管管内的通道及与其相贯通的管箱称内的通道及与其相贯通的管箱称为管程；为管程； 管管外的通道及与其相贯通的部分称外的通道及与其相贯通的部分称为壳程。为壳程。第一节第一节 总体结构总体结构2022-5-1Qingdao university of science and technology1管壳式换热器管壳式换热器主要分为主要分为: : 固定管板换热器固定管板换热器; ; 浮头式换热器浮头式换热器; ; U

2、U形管式换热器等。形管式换热器等。2022-5-1Qingdao university of science and technology2管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology3换热器的分类换热器的分类管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology4管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology5壳体、管板、管束、顶盖（封头） 、挡板 纵纵向

3、向横横向向管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology6管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology7（1 1）固定管板换热器）固定管板换热器 两两端管板采用焊接方式与端管板采用焊接方式与壳体壳体连接连接固固定。定。 适用：壳适用：壳体与管子温差小体与管子温差小的场的场合合. . 当当壳体与管子温差大时，壳体与管子温差大时，可在可在壳壳体上体上设置膨胀节，以减小两设置膨胀节，以减小两者因者因温温差而产生的热应力。差而产生的热应力

4、。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology8 优点优点: :结构简单、管板有管子支承，比结构简单、管板有管子支承，比较薄，管子方便更换清洗。较薄，管子方便更换清洗。 缺点：管外清洗困难，热应力比较大。缺点：管外清洗困难，热应力比较大。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology9（2 2）浮头式换热器）浮头式换热器 两端管箱一个是固定的，另一个则是浮动两端管箱一个是固定的，另一个则是浮动的；的； 设设计计目的：目的： 管束

5、可从壳体内抽出，便于清管束可从壳体内抽出，便于清洗；洗； 管束可自由伸缩，消除了热应管束可自由伸缩，消除了热应力。力。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology10 适用：壳体与管束间温差大且需经常进行适用：壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的场合。管内外清洗的场合。 缺点：该设备结构复杂，造价高，排管数缺点：该设备结构复杂，造价高，排管数少，增大了旁路流路，影响了热效率，而且浮少，增大了旁路流路，影响了热效率，而且浮头处的泄露不易发现。头处的泄露不易发现。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qi

6、ngdao university of science and technology11管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology12（3 3）U U形管式换热器形管式换热器 可可弥补浮头式换热器结构复杂、造价高的不足弥补浮头式换热器结构复杂、造价高的不足，同时，同时又又保留换热管束可以抽出，热应力可以消除的优点保留换热管束可以抽出，热应力可以消除的优点。这种。这种换换热器只有一块热器只有一块管板管板, ,换换热管弯成热管弯成U U形，管形，管子的两端子的两端均固定均固定在在这一块管板上，中间用分程隔板隔开。

7、这一块管板上，中间用分程隔板隔开。 该该换热器中间空隙较大，易短路，内层换热管换热器中间空隙较大，易短路，内层换热管一旦发一旦发生生泄漏，只能堵塞而不能更换，只适合于管壳程温泄漏，只能堵塞而不能更换，只适合于管壳程温差较大差较大的的场合。场合。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology13U U型管式换热器型管式换热器管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology14 第二节第二节 管壳式换热器的主要零部件管壳式换热器的主要零部

8、件1 1、壳、壳体体 固固定管板换热器的管束与管板、管束定管板换热器的管束与管板、管束与壳体与壳体均为均为刚性连刚性连接接，在工作时，若管束壁温与壳，在工作时，若管束壁温与壳体壁温体壁温存在较大温存在较大温差，就会差，就会产产生温差应力，再与介生温差应力，再与介质压力质压力产生的应力叠加起产生的应力叠加起来，可能会来，可能会造造成管子的弯成管子的弯曲或使曲或使管子与管板连接处发生泄管子与管板连接处发生泄漏，甚漏，甚至至会使会使壳壳体或管子体或管子上的应上的应力超过许用应力或造成管力超过许用应力或造成管子从管子从管板上拉板上拉脱。脱。因因此，此，必须对必须对管子、壳体进行轴向受力管子、壳体进行轴

9、向受力分析与分析与轴向力校核。轴向力校核。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology15流体压力引起的轴向力流体压力引起的轴向力 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology16壳体壁厚的确定壳体壁厚的确定 壳壳体的壁厚是由环向薄膜体的壁厚是由环向薄膜应力应力决决定的，按薄膜理论的应力计定的，按薄膜理论的应力计算公算公式式即可求得。对于固定管板换即可求得。对于固定管板换热器热器由由于有热应力的存在，所以按于有热应力的存在，所

10、以按环向环向薄薄膜应力确定壁厚以后还应视膜应力确定壁厚以后还应视情况情况校校核其轴向应力。壳体的壁厚核其轴向应力。壳体的壁厚应不应不小小于换热器壳体所规定的最小壁厚。于换热器壳体所规定的最小壁厚。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology172 2、管箱、管箱 管管箱是由封头、箱是由封头、管箱短管箱短节节、法兰连接、分程隔、法兰连接、分程隔板等板等组组成。成。增加短节的目的增加短节的目的是保是保证证管箱有必要的深度安管箱有必要的深度安放接放接管管和改善流体分布和改善流体分布。分。分程隔程隔板板厚度的计算及其与

11、管厚度的计算及其与管板间板间的的垫片密封结构应垫片密封结构应符合符合 GB151-1999GB151-1999的规定。的规定。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology183 3、管束、管束 （ tube bundle tube bundle ） 换换热管的尺寸规格：热管的尺寸规格： 换换热管是用于传热的热管是用于传热的主要主要元元件，管子尺寸对传热有很件，管子尺寸对传热有很大影大影响响，采用小直径管子时，单，采用小直径管子时，单位体位体积积的换热面积会大一些，管的换热面积会大一些，管内传内传热热系数得到提高

12、，但制造麻系数得到提高，但制造麻烦、烦、费费用高，而且流体阻力大，用高，而且流体阻力大，易堵易堵塞塞。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology19 换热管的排列方式（换热管的排列方式（tube patterntube pattern） 管管子的排列方式有正三角形排列和正方形子的排列方式有正三角形排列和正方形排列排列两两种。种。在管间距和布管区均相同的条件下，三在管间距和布管区均相同的条件下，三角形角形排排列的布管数较多，而正方形排列的管束在相列的布管数较多，而正方形排列的管束在相邻的邻的两两排管子之间具有一

13、条直线通道，便于用机械排管子之间具有一条直线通道，便于用机械方法方法清清洗管间，三角形排列不具有这种直线通道，洗管间，三角形排列不具有这种直线通道，因而因而只只适用于清洁的壳程介质。适用于清洁的壳程介质。 不不同的排列方式将会影响到对流传热系数同的排列方式将会影响到对流传热系数的大的大小，采小，采用正三角形排列会获得较高的对流传热系用正三角形排列会获得较高的对流传热系数，数，而而正方形排列的对流传热系数最低。正方形排列的对流传热系数最低。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology20管壳式换热器管壳式换热器

14、2022-5-1Qingdao university of science and technology21 管间距管间距（ Tube pitch Tube pitch ） 管管间距指的是相邻两根管子的中心距间距指的是相邻两根管子的中心距，减小，减小管管间距可提高对流传热系数，但受到管板间距可提高对流传热系数，但受到管板强度和强度和管管子与管板连接工艺要求的限制，其管间子与管板连接工艺要求的限制，其管间距不得距不得小小于于GB151-1999GB151-1999所规定的距离。所规定的距离。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science an

15、d technology22（4 4）最大布管限定圆直径）最大布管限定圆直径 （Outer tube limitOuter tube limit） 最最大布管圆直大布管圆直径应径应在在GB151-1999 GB151-1999 所规定所规定的的限定圆直径范围内。限定圆直径范围内。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology23（5 5）换热管与管板的连接）换热管与管板的连接 连连接形式有胀接、焊接、胀焊并用三种。接形式有胀接、焊接、胀焊并用三种。 胀接：胀接：管子与管板的连接靠的是管板孔收缩管子与管板的连接靠

16、的是管板孔收缩产生的残产生的残余余应力而箍紧管子，因此它会随着温度的升高而降应力而箍紧管子，因此它会随着温度的升高而降低，所以低，所以胀胀接连接的使用温度不大于接连接的使用温度不大于300300，设计压力不超过，设计压力不超过4Mpa4Mpa。采。采用胀接时，管板的硬度应大于换热管的硬度以保证用胀接时，管板的硬度应大于换热管的硬度以保证管子管子发发生塑性变形时管板仅发生弹性变形。生塑性变形时管板仅发生弹性变形。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology24 焊焊接：接：优优点：点： 管孔不需开槽，其表面粗糙

17、度要求不高，管孔不需开槽，其表面粗糙度要求不高，管子端管子端 部部不需退火和磨光，制造简便。不需退火和磨光，制造简便。 强度高，抗拉脱力强，可保证气密性要强度高，抗拉脱力强，可保证气密性要求。求。缺点：缺点： 管管子更换困难，一般都堵死；焊接的残余应子更换困难，一般都堵死；焊接的残余应力和力和应应力集中有可能带来应力腐蚀与疲劳破坏。力集中有可能带来应力腐蚀与疲劳破坏。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology25 胀焊并用：其结构分为两种胀焊并用：其结构分为两种 强度胀加密封焊，对胀接的要求是承受管子拉强度胀

18、加密封焊，对胀接的要求是承受管子拉 脱力，同时保证连接处的密封，焊接仅起到辅助脱力，同时保证连接处的密封，焊接仅起到辅助防漏的作用。防漏的作用。 强度焊加贴胀，用焊接保证连接处的强度和密强度焊加贴胀，用焊接保证连接处的强度和密 封，贴胀是为了消除换热管与管孔间的环隙，防封，贴胀是为了消除换热管与管孔间的环隙，防 止间隙腐蚀并增强抗疲劳破坏的能力。止间隙腐蚀并增强抗疲劳破坏的能力。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology264 4、管板（、管板（tube-sheettube-sheet） 换换热器管板的计算所

19、涉及的因素热器管板的计算所涉及的因素非常非常多多，所以非常复杂，一般采用计算机计算。，所以非常复杂，一般采用计算机计算。 管管板与壳体的连接以及管板与管板与壳体的连接以及管板与管箱的箱的密封密封连接分别见下图。连接分别见下图。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology27管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology28管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and t

20、echnology295 5、波形膨胀节、波形膨胀节波波形膨胀节的作用：形膨胀节的作用： 在在固定管板换热器中可消除或降低热应固定管板换热器中可消除或降低热应力。力。当当壳体和管子之间的温差较大壳体和管子之间的温差较大(6070 )(6070 )且壳且壳体体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨称膨胀胀节）。节）。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology302.2.波形膨胀节的设置条件波形膨胀节的设置条件 需从管束与壳体轴向强度、稳定性及管板需从管束与壳体轴向强度、稳定性及

21、管板连接处的拉脱力三方面考虑。连接处的拉脱力三方面考虑。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology313. 3. 波形膨胀节的结构形式波形膨胀节的结构形式 形式较多，主要为形式较多，主要为U U形。形。U U形膨胀节每一形膨胀节每一个波的补偿能力与使用压力、膨胀节的材料个波的补偿能力与使用压力、膨胀节的材料及波高、波长等因素有关。及波高、波长等因素有关。增加波高，补偿增加波高，补偿能力加大但耐压性能降低。能力加大但耐压性能降低。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university o

22、f science and technology326 6、折流板和支持板结构、折流板和支持板结构 1.1.作用与结构形式作用与结构形式 作用：折流板是为了提高壳程介质流速，强作用：折流板是为了提高壳程介质流速，强化传化传热热；对于卧式换热器，还有支撑管束的作用。；对于卧式换热器，还有支撑管束的作用。支持支持板板是为了支撑管束，防止产生过大的挠度变形。是为了支撑管束，防止产生过大的挠度变形。 结构形式：弓形和圆环形。缺口面积根据流结构形式：弓形和圆环形。缺口面积根据流速决速决定。定。 管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and t

23、echnology332.2.间距间距 折流板间距过大会影响传热效果，支持板折流板间距过大会影响传热效果，支持板间距过大会使换热管产生过大的挠度，其最大间距过大会使换热管产生过大的挠度，其最大间距不得超过间距不得超过GB151GB151的规定。的规定。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology34 3. 3.固定固定 折流板和支持板是用拉杆固定的，拉杆应折流板和支持板是用拉杆固定的，拉杆应 尽量均匀布置在管束的外边缘，拉杆的数量与尽量均匀布置在管束的外边缘，拉杆的数量与 筒体直径及拉杆直径有关。筒体直径及拉杆

24、直径有关。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology35圆缺形圆缺形加挡板：增大壳程流体的湍动，提高壳程的加挡板：增大壳程流体的湍动，提高壳程的多管程：增大管内流体多管程：增大管内流体u u，提高管内的，提高管内的圆盘形圆盘形管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology36圆盘形圆盘形圆缺形圆缺形管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology37

25、弓形折流板弓形折流板管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology38折流板折流板n壳程的横截面积比管程的横截面积大，为增加流速，使流体垂直于管子流过，在壳程设置折流板n提高传热效果，起支撑管束作用n折流板有弓形和圆环形，弓形缺口的高度一般取为壳体内径20-25%n挡板间距过大，流速小，不能保证流体垂直流过管束；n间距过小，流动阻力增加，且不便于检修。n标准规定：n固定管板式：150、300 和 600 mm 三种规格；n浮头式：150、200、300、480 和 600 mm 五种规格。管壳式换热器管壳式换热器2022-5-1Qingdao university of science and technology397 7 其他其他 防防冲板与导流板冲板与导流板 为为防止壳程的接管进口处壳程流体对换防止壳程的接管进口处壳程流体对换热管热管 直接冲刷直