第十八章管殼式換熱設(shè)備

1、第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章第十八章 管殼式換熱設(shè)備管殼式換熱設(shè)備主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 概述概述 管殼式換熱器的形式管殼式換熱器的形式管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管殼式換熱器設(shè)計(jì)與型號(hào)選擇管殼式換熱器設(shè)計(jì)與型號(hào)選擇第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備3一、定義一、定義 換熱器是用來完成各種不同傳熱過程的設(shè)備。換熱器是用來完成各種不同傳熱過程的設(shè)備。 3.3.可靠性可靠性滿足操作條件滿足操作條件 ,強(qiáng)度足夠強(qiáng)度足夠,保證使用保證使用壽命壽命二、衡量標(biāo)準(zhǔn)二、衡量標(biāo)準(zhǔn) 2.合理性合理性 1.1.先進(jìn)性先進(jìn)性

2、可制造加工，成本可接受可制造加工，成本可接受 傳熱效率高，流體阻力小，材料省傳熱效率高，流體阻力小，材料省 18-1 概述概述第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備4三、按換熱目的分類三、按換熱目的分類 冷卻器（冷卻器（cooler）冷凝器（冷凝器（condenser）加熱器（加熱器（heater）再沸器（再沸器（reboiler） 四、按換熱方式分類四、按換熱方式分類混合式換熱器混合式換熱器蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器間壁式換熱器間壁式換熱器第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備5固定管板式換熱器固定管板式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器U形管式換熱器形管式換熱器填料函式換熱器填料函式

3、換熱器基本類型基本類型18-2 管殼式換熱器的形式管殼式換熱器的形式第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備 固定管板式換熱器固定管板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。熱應(yīng)力。第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備浮頭式換熱器浮頭式換熱器 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 管內(nèi)和管間清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。管內(nèi)和管間清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 結(jié)

4、構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價(jià)高，浮頭端小蓋在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價(jià)高，浮頭端小蓋在 操作中無法檢查。操作中無法檢查。適用場合：適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易 結(jié)垢的場合。結(jié)垢的場合。第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備填料函式換熱器填料函式換熱器 適用場合：適用場合： 4MPa 4MPa 以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及 貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：填料處易泄漏。填料處易泄漏。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管內(nèi)和管間清

5、洗方便。結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管內(nèi)和管間清洗方便。 第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備U U型管式換熱器型管式換熱器 適用場合：適用場合：特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕 性大的物料。性大的物料。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：布管少，管板利用率低，管子壞時(shí)不易更換。布管少，管板利用率低，管子壞時(shí)不易更換。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，承受能力強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，承受能力強(qiáng)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備18-3 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)換熱管的選用換熱管的選

6、用1.1.換熱管材料換熱管材料由壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性能決定。主要有碳素鋼、合金鋼、銅、鈦、由壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性能決定。主要有碳素鋼、合金鋼、銅、鈦、塑料、石墨等塑料、石墨等。金屬材料金屬材料碳素鋼碳素鋼低合金鋼低合金鋼不銹鋼不銹鋼銅銅銅鎳合金銅鎳合金非金屬材料非金屬材料石墨石墨陶瓷陶瓷聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備2.2.換熱管直徑換熱管直徑單位體積傳熱面積增大、單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞用于較清潔的流體用于較清潔的流體大管

7、徑大管徑粘性大或污濁的流體粘性大或污濁的流體小管徑小管徑第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備3.3.規(guī)格規(guī)格（外徑壁厚），長度按規(guī)定決定（外徑壁厚），長度按規(guī)定決定 換熱管尺寸換熱管尺寸192、252.5和和382.5mm無縫鋼管無縫鋼管252和和382.5mm不銹鋼管不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)管長標(biāo)準(zhǔn)管長1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等等換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比成為長徑比，臥式換換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比成為長徑比，臥式換熱器一般為熱器一般為6 61010。立式換熱器長徑比為。立式換熱器長徑比為4 46 6。第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備換熱管在管板上

8、的排列換熱管在管板上的排列（一（一）正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列 三角形排列緊湊，傳熱效果好，同一板上管子比正方形多三角形排列緊湊，傳熱效果好，同一板上管子比正方形多排排10%10%左右，同一體積傳熱面積更大。適用于殼程介質(zhì)污左右，同一體積傳熱面積更大。適用于殼程介質(zhì)污垢少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場合。垢少，且不需要進(jìn)行機(jī)械清洗的場合。 圖18-5 換熱管排列形式（圖中箭頭為管外流體流向）第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備（二（二）正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列 管間小橋形成一條直線通道，便于機(jī)械清洗。要經(jīng)常管間小橋形成一條直線通道，便于機(jī)械清洗

9、。要經(jīng)常清洗管子外表面上的污垢時(shí)，多用正方形排列。清洗管子外表面上的污垢時(shí)，多用正方形排列。 圖18-5 換熱管排列形式（圖中箭頭為管外流體流向）第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備（三（三）組合排列法組合排列法 在多程換熱器中多采在多程換熱器中多采用組合排列方法。即用組合排列方法。即每一程中都采用三角每一程中都采用三角形排列法，而在各程形排列法，而在各程之間，為了便于安裝之間，為了便于安裝隔板，則采用正方形隔板，則采用正方形排列法，如圖排列法，如圖720。 圖圖18-6 18-6 組合排列法組合排列法）第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備（1）定義定義（四（四）管間距管間距

10、管間距指兩相鄰換熱管中心的距離。管間距指兩相鄰換熱管中心的距離。 （2）要求要求 管間距管間距1.25d0，符合表符合表7-5規(guī)定，便于管子規(guī)定，便于管子與管板間的連接，因?yàn)閷?duì)于脹接或焊接來與管板間的連接，因?yàn)閷?duì)于脹接或焊接來講，管子間距離太近，那么都會(huì)影響連接講，管子間距離太近，那么都會(huì)影響連接質(zhì)量。最外層管壁與殼壁之間的距離為質(zhì)量。最外層管壁與殼壁之間的距離為10mm，主要是為折流板易于加工，不易損主要是為折流板易于加工，不易損壞。壞。第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備換熱管外徑換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距換熱管中心距1619253240485772

11、 最外層換熱管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于最外層換熱管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于(換換熱管外徑的一半熱管外徑的一半)10mm。表表18-1 常用換熱管中心距常用換熱管中心距/mm第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備換熱管與管板的連接方法換熱管與管板的連接方法（一（一）脹接脹接 利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性利用脹管器擠壓伸入管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時(shí)產(chǎn)生彈性變形，取去脹管器后，管板與管變形，管板孔同時(shí)產(chǎn)生彈性變形，取去脹管器后，管板與管子產(chǎn)生一定的擠壓力，貼在一起達(dá)到密封緊固連接的目的。子產(chǎn)生一定的擠壓力，貼在一起達(dá)到密封緊固連接的目

12、的。 圖圖18-7 18-7 脹管前后示意脹管前后示意第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備適用范圍：適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力合金鋼，設(shè)計(jì)壓力4MPa，設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度300，且，且無特殊要求的場合。無特殊要求的場合。原因：原因：溫度升高，殘余應(yīng)力減小，使管子與管板溫度升高，殘余應(yīng)力減小，使管子與管板間的脹接密封性能、緊固性能都下降，故設(shè)計(jì)溫間的脹接密封性能、緊固性能都下降，故設(shè)計(jì)溫度度300 。要求管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火要求管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。后再脹接。脹接時(shí)管板上的孔可以是光孔，

13、也可開槽脹接時(shí)管板上的孔可以是光孔，也可開槽(開槽開槽可以增加連接強(qiáng)度和緊密性可以增加連接強(qiáng)度和緊密性)。第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備脹接時(shí)管板上的孔可以是光孔，也可開槽脹接時(shí)管板上的孔可以是光孔，也可開槽(開槽開槽可以增加連接強(qiáng)度和緊密性可以增加連接強(qiáng)度和緊密性)。 圖圖18-8 18-8 管控壁上開槽的脹接結(jié)構(gòu)管控壁上開槽的脹接結(jié)構(gòu)第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備（二（二）焊接焊接 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時(shí)，工藝較節(jié)省孔的加工工

14、時(shí)，工藝較脹接簡單，壓力較低時(shí)可使脹接簡單，壓力較低時(shí)可使用較薄的管板。用較薄的管板。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：在焊接接頭處產(chǎn)生的在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞破裂，同時(shí)管子、裂和疲勞破裂，同時(shí)管子、管板間存在間隙，易出現(xiàn)間管板間存在間隙，易出現(xiàn)間隙腐蝕。隙腐蝕。 圖18-9 焊接結(jié)構(gòu)第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備（三（三）脹焊并用脹焊并用脹焊并用連接主要有：脹焊并用連接主要有：強(qiáng)度焊貼脹強(qiáng)度焊貼脹先焊后脹先焊后脹強(qiáng)度脹密封焊強(qiáng)度脹密封焊先脹后焊先脹后焊概念解釋：概念解釋： 密封焊密封焊不保證強(qiáng)度，只防漏；不保證強(qiáng)度，只防漏； 強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊既防漏，又

15、保證抗拉脫強(qiáng)度；既防漏，又保證抗拉脫強(qiáng)度； 貼脹貼脹只消除間隙，不承擔(dān)拉脫力；只消除間隙，不承擔(dān)拉脫力； 強(qiáng)度脹強(qiáng)度脹既消除間隙，又滿足脹接強(qiáng)度。既消除間隙，又滿足脹接強(qiáng)度。目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學(xué)說仍處于爭議之中。目前，先焊后脹與先脹后焊兩派學(xué)說仍處于爭議之中。 第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備管板與殼體的連接管板與殼體的連接（一（一）不可拆的焊接式不可拆的焊接式 固定管板式換熱器管板與殼體的連接固定管板式換熱器管板與殼體的連接兼做法蘭兼做法蘭不兼做法蘭不兼做法蘭 圖18-10 管板與殼體連接第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備（二（二）可拆式可拆式 浮頭式、浮頭式

16、、U型管式及型管式及填料函式換熱器固定填料函式換熱器固定端管板與殼體的連接端管板與殼體的連接 圖圖18-11 18-11 管板與殼體可拆結(jié)構(gòu)管板與殼體可拆結(jié)構(gòu)第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備管箱與管束分程管箱與管束分程（一（一）管箱結(jié)構(gòu)管箱結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)管束分程。管箱作用將介質(zhì)均勻地分布到換熱管中匯集管內(nèi)流體然后輸出結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素?fù)Q熱器是否需要清洗管束是否需要分程第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備適用于較清潔的介質(zhì)檢查清洗不方便清洗方便用材較多避免管板密封處泄露檢查清洗不方便多程隔板 圖18-12 管箱結(jié)構(gòu)第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備（二（二）管束分程管束分

17、程分程原因分程原因 為了增加管程流速，提高傳熱效果，為了增加管程流速，提高傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程須將管束分程，使流體依次流過各程管子。管子。 分程原則分程原則 各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等； 各程流速基本相同各程流速基本相同第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備 圖18-13 管板與殼體可拆結(jié)構(gòu)分程隔板分程隔板 第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備分程方式分程方式 表表182常用管程分程圖常用管程分程圖圖序管箱隔板介質(zhì)返回側(cè)隔板管程數(shù)流動(dòng)順序214612123414231432213546146325bacdefg第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八

18、章管殼式換熱設(shè)備擋板與導(dǎo)流筒擋板與導(dǎo)流筒為了保護(hù)管束，在入口處設(shè)立擋板或?qū)Я靼?。為了保護(hù)管束，在入口處設(shè)立擋板或?qū)Я靼?。?dǎo)流板除防止沖刷、振動(dòng)作用外，還可使流體導(dǎo)流板除防止沖刷、振動(dòng)作用外，還可使流體從靠近管板處進(jìn)入管筒，充分利用換熱面積。從靠近管板處進(jìn)入管筒，充分利用換熱面積。 圖圖18-14 18-14 擋板與導(dǎo)流筒擋板與導(dǎo)流筒第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備折流板、支撐板、旁路擋板折流板、支撐板、旁路擋板一、折流板及支撐板作用：作用：1 1、提高殼程流體流速，改變流動(dòng)方向、提高殼程流體流速，改變流動(dòng)方向提高效率提高效率 2 2、支撐換熱管。、支撐換熱管。形式：形式：a.a.弓形；弓形；b.b.圓盤圓盤- -圓環(huán)形；圓環(huán)形；c.c.帶扁形切口帶扁形切口 圖18-15 折流板的形狀第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備第十八章管殼式換熱設(shè)備二、旁路擋板 殼體與管束之間存在有較大間隙時(shí)，為避免流體殼體與管束之間存在有較大間隙時(shí)，為避免流體走短路，沿縱向設(shè)置板條，迫使流體穿過管束走短路，沿縱向設(shè)置板條，迫使流體穿過