五种管壳式换热器的主要类型

PAGEPAGE1五种管壳式换热器的主要类型第一篇：五种管壳式换热器的主要类型五种管壳式换热器的主要类型1、固定管板式换热器机组管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单，但只适用于冷热流体温度差不大，且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。2、浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出，便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。3、U型管换热器每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。非金属材料换热器化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。流道的选择，进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便;②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀;③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力;④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关，且冷凝液容易排出;⑤若两流体温度差较大，选用固定管板式换热器机组时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。操作强化板式换热器机组当管壁两侧传热分系数相差很大时(如粘度小的液体与气体间的换热)，应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管(低翅片管)，以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。第二篇：管壳式换热器设计管壳式换热器设计管壳式换热器的换热设计由复杂的电脑软件完成，对换热器换热原理的掌握可以更有效的使用好软件。本文阐述了换热器设计基础，包括如下几个方面：管壳式换热器构件；根据结构和用途划分的管壳式换热器类型；换热设计所需数据；管侧设计；壳侧设计包括管子排布，折流板和壳侧压降；平均温差。管侧和壳侧的换热和阻力降方程众所周知，本文着重他们之间的相互作用以使换热器设计最优化。管壳式换热器构件设计者需充分了解管壳式换热器的机械构件及其对换热设计的影响。管壳式换热器的主要构件包括：壳体，壳盖，管子，管箱，管箱盖，管板，折流板，管口。其它构件包括拉杆，定位件，通道隔板，防冲板，纵向挡板，密封条，支撑和支座。TEMA有详细的部件描述。一个管壳式换热器包括三部分：前封头，壳体和后封头。图1给出了不同结构的TEMA名称。换热器可以表示为有三部分的字母代号，例如BFL换热器表示罩盖，纵向隔板双壳程和固定管板后封头。换热器类别固定管板式固定管板式换热器（图2）是垂直的管子两头固定在管板上，管板与壳体焊接在一起。这种结构包括可移动管箱盖（如AEL），罩盖型管箱盖（如BEM）和整体管板（如NEN）。固定管板式结构简单，成本低，不需要膨胀节。固定管板式拆除管箱盖或帽后管子可以机械清洗，而且壳侧没有法兰连接壳侧流体不易泄漏。固定管板式管束固定在壳体上，管外侧无法进行机械清洁，但可以使用化学清洁。如管侧壳侧温差太大，管板无法吸收不同的应力，则需要加膨胀节，此时不适合用固定管板式。U型管式U型管换热器管子是U型，只有一个管板，成本也较低。U型管换热器一端自由，管束在不同的应力下可伸缩，U型管换热器管束可以抽出，管外侧可以清洁。U型管换热器管内无法有效的清洁，U型端须要有柔性转轴才能清洁。所以对于U型管换热器易结垢流体不易走管内。浮头式浮头式换热器用途广泛，价格昂贵。浮头式换热器一端管板固定于壳侧，另一端浮动。管束可以伸缩，管子内外都可以清洁。管侧壳侧都可以走脏的流体，炼油多用浮头式换热器。浮头式换热器有多种结构。两种最常用的是可抽钩圈式浮头（TEMAS）和可抽式浮头(TEMAT)。TEMAS在化工应用普遍，浮头盖和浮动管板通过可活动且分开的钩环用螺栓连接在一起。浮头罩位于壳体末端，包含在一个更大直径的壳盖内。拆除换热器时，先拆开壳盖，然后是分开的钩环，再拿掉浮头盖，最后管束可以从固定端抽出。TEMAT的结构是，管束和浮头可以一起从固定端抽出，壳体直径比浮头法兰大。浮头盖与浮动管板用螺栓直接连接不需要分开的钩环。这种结构的优势在于管束可以直接从壳体中抽出，不须移走壳盖或浮头盖，这样可以缩短维修时间。这种结构特别适合于不适合使用U型管式使用较脏热介质的釜式再沸器（不适合使用U型管式）。由于增加了壳径，这种结构在所有换热器中成本最高。另外两种浮头式结构是填料函式浮头(TEMAP)和带套换填料函式浮头(TEMAW)。这两种结构易泄漏应用局限于壳侧流体无毒无爆炸危险的情况且中压中温（4MPa，300℃）。按用途分换热器类别换热器，冷却器，加热器，冷凝器，再沸器等。设计数据换热设计前，工艺供应商须提供以下数据:1.两侧流体的流量。2.两侧流体的出入口温度。3.两侧流体的操作压力。当气相密度未提供时须要操作压力，液体性质不随压力变化，操作压力不是必须数据。4.两侧流体允许压降。允许压降是换热器设计的重要参数。液体压降50-70kPa，粘性流体压降更高，尤其是在管侧。气体压降5-20XXPa，一般取10kPa。5.两侧流体污垢系数。如果未提供，设计者可以从TEMA标准中获得或者选取经验值。6.两侧流体的物理性质。进出口温度下的粘度，导热系数，密度和比热容。进出口温度的粘度必须提供，尤其对于液体，不同温度下的粘度变化是没有规则的。7.热负荷。壳侧和管侧的热负荷须一致。8.换热器类型。设计者可以根据之前提供的各种换热器类型的特点选择。9.管子尺寸。第三篇：管壳式换热器目录一、管壳式换热器概述2二、换热管与管板的连接方式及特点22.1、焊接22.2、胀接32.3、胀接加焊接32.3.1、先胀后焊32.3.2、先焊后胀42.4、胶接加胀接4三、管壳式换热器的主要形式与结构43.1、固定管板式换热器43.2、浮头式换热器5四、换热器的主要强度计算（管板）6五.换热器的主要强度计算（圆平板）85.1、基于圆平板的强度计算85.2、基于安置在弹性基础上的圆平板的强度计算9六．心得体会10一、管壳式换热器概述管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最为广泛的应用。近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。二、换热管与管板的连接方式及特点2.1、焊接换热管与管板采用焊接连接时，由于对管板加工要求较低，制造工艺简单，有较好的密封性，并且焊接、外观检查、维修都很方便，是目前管壳式换热器中换热管与管板连接应用最为广泛的一种连接方法。在采用焊接连接时，有保证焊接接头密封性及抗拉脱强度的强度焊和仅保证换热管和管板连接密封性的密封焊。对于强度焊其使用性能有所限制，仅适用于振动较小和无间隙腐蚀的场合。采用焊接连接时，换热管间距离不能太近，否则受热影响，焊缝质量不易得到保证，同时管端应留有一定的距离，以利于减少相互之间的焊接应力。换热管伸出管板的长度要满足规定的要求，以保证其有效的承载能力。在焊接方法上，根据换热管和管板的材质可以采用焊条电弧焊、#$%焊、&’(焊等方法进行焊接。对于换热管与管板间连接要求高的换热器，如设计压力大、设计温度高、温度变化大，以及承受交变载荷的换热器、薄管板换热器等宜采用#$%焊。常规的焊接连接方法，由于管子与管板孔之间存在间隙，易产生间隙腐蚀和过热，并且焊接接头处产生的热应力也可能造成应力腐蚀和破坏，这些都会使换热器失效。目前在国内核工业、电力工业等行业使用的换热器中，换热管与管板的连接已开始使用内孔焊接技术，这种连接方法将换热管与管板的端部焊接改为管束内孔焊接，采用全熔透形式，消除了端部焊的缝隙，提高了抗间隙腐蚀和抗应力腐蚀的能力，其抗振动疲劳强度高，能承受高温、高压，焊接接头的力学性能较好；对接头可进行内部无损探伤，焊缝内部质量可得到控制，提高了焊缝的可靠性。但内孔焊接技术装配较难，对焊接技术要求高，制造和检验复杂，并且制造成本相对较高。随着换热器向高温、高压和大型化发展，对其制造质量要求越来越高，内孔焊接技术将会得到更加广泛的应用。2.2、胀接胀接是一种传统的换热管与管板的连接方法，利用胀管器械使管板与管子产生弹塑性变形而紧密贴合，形成牢固连接，达到即密封又能抗拉脱的目的。在换热器的制造过程中，胀接适用于无剧烈的振动，无过大的温度变化，无严重的应力腐蚀的场合。目前采用的胀接工艺主要有机械滚胀和液压胀接。机械滚胀胀接不匀，一旦管子与管板连接失效再用胀管来修复十分困难；采用液袋式液压胀接由电脑控制操作，精度较高，并能保证胀接紧密程度均匀一致，连接的可靠性比机械胀接要好。但对加工精度要求严格，对密布的接头要保证"##$胀接成功也有一定困难，如果失效再胀接修复也较为困难。2.3、胀接加焊接当温度和压力较高，且在热变形、热冲击、热腐蚀和流体压力的作用下，换热管与管板连接处极易被破坏，采用胀接或焊接均难以保证连接强度和密封性的要求。目前广泛采用的是胀焊并用的方法。胀接加焊接结构能够有效地阻尼管束振动对焊缝的损伤，可以有效地消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高了接头的抗疲劳性能，从而提高了换热器的使用寿命，比单纯胀接或强度焊具有更高的强度和密封性。对普通的换热器通常采用“贴胀%强度焊”的形式；而使用条件苛刻的换热器则要求采用“强度胀%密封焊”的形式。胀接加焊接按胀接与焊接在工序中的先后次序可分为先胀后焊和先焊后胀两种。2.3.1、先胀后焊胀接时使用的润滑油会渗透进入接头间隙，而它们对焊接裂纹、气孔等有很强的敏感性，从而使焊接时产生缺陷的现象更加严重。这些渗透进入间隙的油污很难清除干净，所以采用先胀后焊工艺，不宜采用机械胀接的方式。采用贴胀虽不耐压，但可以消除管子与管板管孔的间隙，所以能有效的阻尼管束振动到管口的焊接部位。但是采用常规手工或机械控制的胀接方法无法达到均匀的贴胀要求，而采用由电脑控制胀接压力的液袋式胀接方法可方便、均匀地实现贴胀要求。在焊接时，由于高温熔化金属的影响，间隙内气体被加热而急剧膨胀，这些具有高温高压的气体在外泄时对强度胀的密封性能会造成一定的损伤。2.3.2、先焊后胀对于先焊后胀工艺，首要的问题是控制管子与管板孔的精度及其配合。当管子与管板管孔的间隙小到一定值后，胀接过程将不至于损伤焊接接头的质量。但是焊口承受剪切力的能力相对较差，所以强度焊时，若控制达不到要求，可能造成过胀失效或胀接对焊接接头的损伤。在制造过程中，换热管的外径与管板管孔之间存在着较大的间隙，且每根换热管的外径与管板管孔间隙沿轴向是不均匀的。当焊接完成后胀接时，管子中心线必须与管板管孔中心线相重合，才能保证接头质量，若间隙较大，由于管子的刚性较大，过大的胀接变形将对焊接接头产生损伤，甚至造成焊口脱焊。2.4、胶接加胀接采用胶接和胀接的工艺有助于解决换热器中换热管与管板连接处经常出现的泄漏和渗漏的问题，重要的是根据被胶接件的工作条件正确选择胶接剂。在工艺实施过程中要结合换热器的结构、尺寸选择好工艺参数，主要包括固化压力、固化温度、胀紧力等，并在生产过程中严格进行控制。此工艺简单、易行、可靠，在企业的实际使用中已得到了认可，具有推广价值。三、管壳式换热器的主要形式与结构3.1、固定管板式换热器固定管板式换热器的典型结构如图1.1所示。管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑，能承受较高的压力，价格低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。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1.1固定管板式换热器1-折流挡板；2-管束；3-壳体；4-封头；5-接管；6-管板；3.2、浮头式换热器浮头式换热器的典型结构如图1.2所示。两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。图1.2浮头式换热器1-壳盖；2-固定管板；3-隔板；4-浮头钩圈法兰；5-浮动管板；6-浮头盖；四、换热器的主要强度计算（管板）管板的结构与一般的圆平板有相似之处，但差别亦不小。主要是管板上的开孔和同管板连接在一起的管束对管板强度的影响等。目前一些管板厚度设计公式因对各影响因素考虑不同而有较大差异。根据不同的设计依据，管板厚度的设计公式可概括为下列几类：①将管板当作受均布载荷的实心圆板，以按弹性理论得到的圆平板最大弯曲应力为主要依据，并加入适当的修正系数以考虑管板开孔削弱和管束的实际支承作用。这种设计方法对管板作了很大简化，因而是一种半经验公式。但由于公式简单，便于运算，同时又有长期使用经验，结果比较安全，因而有些管板厚度设计公式仍以此作为基础。②将管束当作弹性支承，而管板则作为放置于这弹性基础上的圆平板，然后根据载荷大小、管束的刚度和周边支承情况来确定管板的弯曲应力。由于它比较全面地考虑了管束的支承和温差等影响，因而比较精确，但计算公式较多，计算过程也较繁杂。在大力发展电子计算技术的今天，是一种有效的设计方法。③取管板上相邻四根管子之间的棱形面积，按弹性理论求此棱形面积在均布压力作用下的最大弯曲应力。由于此法与管板实际受载情况相差甚大，仅用于粗略计算。4.1对管板还需进行剪切强度校核。当管板上布管区为圆形时，设最外圈管子中心圆直径为D。，根据外载和剪应力之间的平衡关系：t1ttd000.309D0P故t0.25D0Ptt式中：[t]t—管板材料在设计温度下的许用剪应力，取[t]t=0.8[s]t;t—不包括附加量的管板厚度，t=tc-C。考虑管板开孔削弱系数为(1-do/to)，则管板按剪切强度的计算公式为：2tD0PD0t4式中：to——管孔中心距，mm；d。——管子外径，mm；D。——布管区最外圈管子中心圆直径，mm当布管区不是圆形时，则D。为布管区外缘管子中心连线所限定的周边当量直径，即：D04A0L0其中L。——最外圈管子的中心距分段测量叠加后所形成的布管周长，如图4.2和4.3给出了按典型的三角形和正方形规则布管时的周长L。（图中粗线表示），mm；A。——周长L。所包围的总面积，mm2。图4.2三角形布管图4.3正方形布管此外，为满足制造工艺要求，管板还须有足够的厚度。胀接时，为保证胀接的可靠性，管板的最小厚度（不包括厚度附加量）按GB151选取。管子和管板采用焊按连接时，由于焊接可以达到甚至超过管子本身的强度，所以只要管子强度足够，管板最小厚度可不受此限制，而由焊接工艺及管板焊接变形等要求来确定。管板厚度应同时考虑上述弯曲强度、剪切强度及管板最小厚度三项因素，从中取最大厚度，然后加上厚度附加量五.换热器的主要强度计算（圆平板）5.1、基于圆平板的强度计算管束对管板支承作用的大小随换热器结构形式而异。固定管板式换热器管束对管板的支承作用最为显著，而U形管式换热器的管子对管板不存在支承作用，浮头式和填函式换热器的管束和壳体可以自由变形，仅由于两管板的变形通过管束相互制约而存在支承作用。管板的计算可按受均布载荷的平板考虑，并针对实际存在的管束对管板的不同支承作用，对不同类型的换热器，用不同的结构系数K予以修正。圆平板在各种不同支承条件下，按板的弯曲强度为依据的管厚tc设计公式的一般形式为：tcDckPtC将管板简化为圆平板按弯曲强度为依据的管板厚度tc的设计公式与上式非常相似，即:KDctc2ptC比较上述两式可以发现：式(2)中的K/2相当于式(1)中的，所以式(2)中的K基本上仍是取决于支承情况的系数。两式中其他各项形式上相同，整体管板＝1，但由于管板设计中需考虑开孔及温差影响，因此含义略有差异。式(2)中：C——附加厚度，mm；Dc——管板计算直径（当用螺栓与法兰连接时，取垫片平均直径；对焊接于壳体上的管板，取壳体内径，如下图1所示），mm；K——结构系数，与换热器型式、管板的结构有关，对管子为直管，固定管板与浮动管板K=1.0，对U形管，找相关资料查取；P——设计压力（取管程压力pt与壳程压力ps中的较大者），MPa；[]t——管板材料在设计温度下的许用应力，MPa。5.2、基于安置在弹性基础上的圆平板的强度计算由于管板结构的复杂，影响管板强度的因素很多，所以正确地进行管板强度分析是比较困准、复杂的。现行各国规范的管板厚度计算公式，都是对实际管板作一定的假定简化而得到的近似公式。由于所采用的假定简化各不相同，与真实管板受力状况必然有程度不同的差别，造成在同样条件下用现行的各国规范计算公式算得的厚度差别很大。这些公式尽管形式各异，但其大体上是分别在以下三种基本假设的前提下得出的。⑴将管板看成为周边支承条件下受均布我荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式。考虑到管孔的削弱，再引入经验性的修正系数。如美国TEMA标准，日本工业标准所采用的简单而实用的公式，但其局限性较大。⑵将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的平板。管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。如西德AD规范采用的计算公式。实践证明，这种公式适用于各种薄管板的强度校核。⑶认为管板是弹性基础上受均布载荷的多孔圆板，既考虑到管子的加强作用，又考虑到管孔的削弱作用。因此分析问题比较全面。如英国BS标准推荐的计算公式。六．心得体会通过这次作业，我知道了换热器结构的复杂与重要性，而且，我知道，在我今后的工作中我会时常和它接触，我工作的内容与它息息相关，所以我要更加努力的学习，学习和我专业有关的更多的内容，丰富自己的知识，更好的学习和理解专业知识。第四篇：管壳式换热器技术要求管壳式换热器技术要求管壳式换热器技术要求编制：鄢胜军20XX年6月9日汽机车间：****年**月**日技术部：****年**月**日装备部：****年**月**日生产部：****年**月**日安环部：****年**月**日总师：****年**月**日主管厂长：****年**月**日汽机车间技术类管壳式换热器技术要求管壳式换热器技术要求一、换热器现状襄阳热电厂目前使用的两台75m卧式管壳式换热器用于移动供热加热自来水，目前主要存在如下问题，需对两台换热器进行大修：1、换热器的冬季供水量偏小：20XX~20XX年冬季移动供热的热电厂产能与客户需求的矛盾突出，每小时供水量约为40t/台，最大日供水量900t左右，难以满足市场要求。2、换热器无安全阀、压力表，不符合TSG0004-20XX《固定式压力容器安全技术监察规程》要求。二、换热器大修工作范围1、型式：卧式管壳式换热器2、数量：两台注：①包含配套附件及压力表、安全阀、水位计等②供货方应承担设备的往返运输费用2三、换热器大修后应达到的设备参数1、换热方式：汽-水表面式换热器2、换热面积：75m/台3、加热蒸汽参数：压力0.08～0.15MPa，温度150～230℃汽机车间技术类2管壳式换热器技术要求4、被加热介质：自来水，压力0.2～0.4MPa5、换热器额定供水能力为每台50t/h，水温升为80℃四、换热器技术要求1、换热器在设计、原材料采购、制造、检验及运输过程中，严格按照GB/T151－20XX《热交换器》标准执行。2、换热器的型式为卧式，结构为单壳程双管程方式，且管束与壳体应为可拆卸式。3、换热器中管程走水，壳程走汽。4、换热器中水的流程为下进上出，汽的流程为上进下出。5、换热器的进汽及出水法兰接口应尽可能根据现场管道情况改造。6、换热器材料的选择原则：钢材按GB150-20XX《钢制压力容器》标准选用。壳体为压力容器用钢Q345R，内部管程为304材料，管板为Q345R。7、换热管采用直管型式。8、换热器汽侧应设置水位计接口，水位计为磁翻柱式。9、换热管的涨口处理方式应在产品说明书中明确。10、换热管端盖连接采用金属垫，并提供备用金属垫一套。11、换热器的装箱资料中应有产品说明书、出厂合格证、质量保证书、压力容器检验合格证、打压试验记录、材质报告等技术文件。汽机车间技术类管壳式换热器技术要求五、安全保障1、换热器汽侧和水侧应提供配套安全阀及压力表。2、换热器制造应符合GB/T151－20XX《热交换器》及GB150-20XX《钢制压力容器》标准。六、工期换热器应在自合同签订之日起40日内到货。七、质保期设备投运验收合格后，质保期壹年。八、投标要求投标方应根据上述技术要求及相关国家规范进行设备的设计、原材料采购、制造、检验、运输。投标方应在投标文件中明确以下几项内容：1、应明确表明是否响应招标技术要求相关条款；2、上述技术要求是最低技术要求，投标方的承诺不得低于上述技术要求及相关国家规范；3、投标方应提供换热器的设计图纸；4、