1、1接管法蘭管箱容器法蘭排氣管膨脹節管板拉桿定距管折流板換熱管殼程接管支座排污口管程接管7.1.1 管殼式換熱器的結構：第1頁/共59頁27.1.2 管殼式換熱器的分類1. 固定管板式換熱器第2頁/共59頁3第3頁/共59頁4第4頁/共59頁5第5頁/共59頁6固定管板換熱器 分為帶補償器帶補償器和不帶補償器不帶補償器兩種。優點：1）結構簡單； 2）造價低。缺點：1）殼程難清洗； 2）存在有溫差應力。介質須較清潔，不易結垢；介質須較清潔，不易結垢；管程與殼程溫差不大；管程與殼程溫差不大；殼程壓力不高。殼程壓力不高。第6頁/共59頁7特點:1. 1.一個大管板，一個小管板，小管板在殼體內滑動一個大

2、管板，一個小管板，小管板在殼體內滑動無溫差應力；無溫差應力；2. 2.管束可以抽出，清洗；管束可以抽出，清洗；3.3.結構復雜，浮頭內漏不便檢查；結構復雜，浮頭內漏不便檢查；4. 4.管束與殼體間隙較大管束與殼體間隙較大影響傳熱。影響傳熱。.第7頁/共59頁8第8頁/共59頁9特點：1. 一端可自由伸縮 不產生熱應力；2. 管束可以抽出，管內外均易清洗；3. 填料將殼程介質與外界隔開，易外漏，介質受限制。第9頁/共59頁101. 1.只有一個管板，結構簡單；只有一個管板，結構簡單；2. 2.管子可以抽出，管間易清洗；管子可以抽出，管間易清洗；3.3.管子可以自由膨脹；管子可以自由膨脹；4. 4

3、.管內不便清洗，不易更換；管內不便清洗，不易更換；5. 5.結構不緊湊。結構不緊湊。第10頁/共59頁11第11頁/共59頁127.1.3 管殼式換熱器機械設計內容 1. 1.殼體直徑及壁厚；殼體直徑及壁厚； 2. 2.封頭法蘭、管件及補強；封頭法蘭、管件及補強； 3.3.管板結構及強度；管板結構及強度； 4. 4.細部連接結構；細部連接結構； 5. 5.附件結構；附件結構； 6. 6.管子拉脫力驗算；管子拉脫力驗算； 7. 7.殼體熱應力校核；殼體熱應力校核； 8. 8.支座設計。支座設計。第12頁/共59頁137.2 換熱管的選用及其與管板的連接7.2.1 換熱管選用 常用管子形式：第13

4、頁/共59頁14常用管子材質：碳鋼（碳鋼（1010，2020），低合金），低合金鋼（鋼（16Mn,15MnV),16Mn,15MnV),合金鋼（合金鋼（1Cr18Ni9Ti),1Cr18Ni9Ti),銅，鈦，鋁，塑料，石墨等。銅，鈦，鋁，塑料，石墨等。 管子選用，要管子選用，要注意注意 單位傳熱面積的金屬耗量，單位傳熱面積的金屬耗量， 傳熱效果，傳熱效果， 結構緊湊，結構緊湊， 清洗及結垢等等因素。清洗及結垢等等因素。第14頁/共59頁157.2.2 管子與管板的連接：1. 脹接 工具：第15頁/共59頁16第16頁/共59頁17液壓脹接液壓脹接第17頁/共59頁18脹管結束後： 管板孔邊緣彈

5、性回復，擠壓管端并貼緊。脹管過程發生：管子端部塑性變形；管板孔邊緣彈性變形。第18頁/共59頁19優點：工藝簡單方便； 消除間隙避免間隙腐蝕避免間隙腐蝕。缺點：溫度升高時，管端會發生松弛 泄漏泄漏。適用條件：p4.0MPa , t350。 注意：管端硬度管板硬度。為什麼？為什麼？ 如何實現？如何實現？第19頁/共59頁20 保證緊密性的方法： 管板孔開槽；管板孔開槽； 脹接周邊保證清潔；脹接周邊保證清潔； 管子硬度低于管板孔周邊硬度。管子硬度低于管板孔周邊硬度。 保證管端硬度較低并且低于管板硬度的方法：保證管端硬度較低并且低于管板硬度的方法： 管端退火處理。管端退火處理。 選材考慮選材考慮。第

6、20頁/共59頁212. 焊接優點： 高溫高壓下能保證連接的緊密性； 管板孔加工精度要求不高，低于脹接； 焊接工藝簡單； 壓力不高時可用薄管板。缺點： 存在焊接熱應力應力腐蝕； 管與孔間有間隙形成介質死區，間隙腐蝕。第21頁/共59頁22管與管板焊接形式管與管板焊接形式：第22頁/共59頁23管板管板焊接管口焊接管口第23頁/共59頁243.脹焊并用 克服了單純的焊接及脹接的缺點，主要優點是：主要優點是： 連接緊密，提高抗疲勞能力；連接緊密，提高抗疲勞能力； 消除間隙腐蝕和應力腐蝕；消除間隙腐蝕和應力腐蝕； 提高使用壽命。提高使用壽命。施工方式：先脹後焊；先焊後脹。 脹接貼脹；強度脹。 焊接密

7、封焊，強度焊。根據不同情況具體制定施工工藝。第24頁/共59頁257.3.1 換熱管排列形式1.正三角形和轉正三角形排列第25頁/共59頁262.正方形和轉角正方形排列3.組合排列第26頁/共59頁277.3.2 管間距換熱管中心距。要考慮到： 管板強度； 清洗空間； 管子在管板上的固定方法。等中心距1.25倍管子外徑。第27頁/共59頁287.3.3 管板受力及管板設計方法第28頁/共59頁29管板設計方法簡介：管板厚度設計方法。1）管板當作受均布載荷的實心圓平板，按彈性理論求解彎曲應力；2）管束作為彈性基礎，計算各種載荷作用下的彎曲應力；3）取相鄰四個管板孔間的菱形，按彈性理論，計算均布載

8、荷下的最大彎曲應力。第29頁/共59頁307.3.4 管程分程及管板與隔板的連接1.換熱面積較大，要進行分程 1 1）管子太長，設備長徑比過大，浪費材料；）管子太長，設備長徑比過大，浪費材料； 2 2）增加流速，提高傳熱效果。）增加流速，提高傳熱效果。2. 分程要求： 1 1）各程管數大致相同；）各程管數大致相同； 2 2）相鄰程管壁溫差不大于）相鄰程管壁溫差不大于2828； 3 3）程間密封長度應最短；）程間密封長度應最短； 4 4）隔板形狀應簡單。）隔板形狀應簡單。3. 常用管程數為：1，2，4，6，8，12。第30頁/共59頁31管箱分程：分程舉例： 2程4程第31頁/共59頁324.分

9、程隔板及其與管板間的密封管箱結構：第32頁/共59頁33隔板：單層及雙層。第33頁/共59頁341. 固定式管板用于固定式管板換熱器。7.3.5 管板與殼體的連接結構結構第34頁/共59頁35 2.非固定式管板第35頁/共59頁36 浮頭式、U形管式和填料函式換熱器上的管板為可拆式結構，以便清理殼程。第36頁/共59頁373.管板與殼體的連接結構兼作法蘭情況：第37頁/共59頁38管板不兼作法蘭結構：第38頁/共59頁397.4 其它附件的作用與結構7.4.1 折流板及支撐板作用：a. 提高殼程流體流速，改變流動方向提高傳熱效率。 b. 支撐換熱管。形式：a. 弓形；b. 圓盤-圓環形；c.

10、扇形。第39頁/共59頁40第40頁/共59頁417.4.2 旁路擋板 殼體與管束之間存在有較大間隙時，為避免流體走短路，沿縱向設置板條，迫使流體穿過管束。第41頁/共59頁427.4.3 攔液板作用：在立式冷凝器中，用來減薄管壁上的液膜以提高傳熱膜系數。第42頁/共59頁437.5 溫差應力7.5.1.溫差應力的產生：LttLttsSSottt)()(0sSstttAEFLAEFL第43頁/共59頁44ssttSSttssttAF AFAEAEttttF殼壁內溫差應力：管壁內溫差應力溫差軸向力:11)()( 00第44頁/共59頁457.5.2 管子拉脫力的計算限于管子與管板脹接情況。1.介

11、質壓力和溫差力對管板的作用：假設 管壁溫度殼壁溫度第45頁/共59頁462.拉脫力的計算 計算的目的：保證脹接接頭的牢固連接和良好的密封性。 拉脫力定義：管子每平方米脹接周邊上所受的力，單位為帕。引起拉脫力的因素為：操作壓力和溫差力。（1）操作壓力引起的拉脫力qp:介質壓力作用的面積 f 如圖示第46頁/共59頁47介質壓力p，取管程壓力和殼程壓力兩者中的較大者。管子外徑為d0 ；管子脹接長度為l。則拉脫力為：ldpfqp0（2）溫差力引起的拉脫力 qt ：每根管承受溫差力為 tat 。則拉脫力為：ldddldaqitttt022004)(（3）合拉脫力：兩者使管子受力方向相同取之和； 兩者使

12、管子受力方向相反取之差。第47頁/共59頁48（4）拉脫力判據：計算合拉脫力必須小于許用拉脫力： qq管端不卷邊，管板孔不開槽 取2.0MPa。管端卷邊或管板孔開槽 取4.0MPa 。 許用拉脫力q的確定：第48頁/共59頁497.5.3 溫差應力的補償目的：解決殼體與管束軸向變形的不一致性。或者說，消除殼體與管子間的剛性約束，實現殼體和管子自由伸縮。補償方法： 1.減小殼體與管束間的溫度差 使傳熱膜系數大的流體走殼程； 殼壁溫度低于管壁溫度時，對殼體進行保溫。 2.裝設撓性構件 殼體上安裝膨脹節；（見書P217 圖7-38） 將直管制成帶S形彎的管。如氨合成塔內的冷管：第49頁/共59頁50

13、3.采用殼體與管束自由伸縮的結構（1）填料函式換熱器第50頁/共59頁51填料函結構之三第51頁/共59頁52 （2）浮頭式換熱器第52頁/共59頁53浮頭式換熱器結構之二第53頁/共59頁544.套管式結構如三十萬噸合成氨裝置中的廢熱鍋爐；第54頁/共59頁55氨合成塔中雙套管式觸煤筐冷管結構第55頁/共59頁567.5.4 膨脹節結構及設置裝在固定管板式換熱器上的撓性元件。1.膨脹節的作用及結構形式：作用：對管子與殼體的膨脹變形差進行補償，以消除或減小溫差應力；2.結構形式：1）平板焊接膨脹節；2）波形膨脹節；第56頁/共59頁573）夾殼式膨脹節4）波紋管第57頁/共59頁582.必須設置膨脹節的