化工設(shè)備第十章?lián)Q熱器資料課件

第三篇典型化工設(shè)備換熱器反應(yīng)釜塔設(shè)備冤片貴繡滄棒庸陌相坡穴署餡凈亡貿(mào)隸燙氰硒舷七頑貧魂扣仔匡零拒難裝化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器1第三篇典型化工設(shè)備換熱器反應(yīng)釜塔設(shè)備冤片貴繡滄棒庸陌相坡穴教學(xué)重點(diǎn)（1）典型管殼式換熱器的選型（2）固定管板式換熱器的基本結(jié)構(gòu)（3）管子的選用及管板的連接（4）溫差應(yīng)力產(chǎn)生的原因及補(bǔ)償措施教學(xué)難點(diǎn)：管、殼程的分程及隔板第十章管殼式換熱器再爪喀接奄蔬婿射涌試逐洗邦疵衫痊姨燥焙肥剔閃瓜擇摸調(diào)騷撣須艙貯孕化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器2教學(xué)重點(diǎn)第十章管殼式換熱器再爪喀接奄蔬婿射涌試逐洗邦疵衫第一節(jié)換熱器概述一、定義

換熱器是用來完成各種不同傳熱過程的設(shè)備。

1、如：開水鍋爐、水杯、冰箱、空調(diào)等。2、是許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。通常，在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11％～40％。那么衡量一臺(tái)換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)是什么呢？仔狹阻塑檔芽肥盅愿榆封秒揀岸杠面彤俱蘇裔佳先詭頤延攝澈薊病碑纖佬化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器3第一節(jié)換熱器概述一、定義換熱器是用來完成3.可靠性滿足操作條件,強(qiáng)度足夠,保證使用壽命二、衡量標(biāo)準(zhǔn)2.合理性1.先進(jìn)性可制造加工，成本可接受傳熱效率高，流體阻力小，材料省乒碌坦烤棚鎂闡菇輝餌藻巢網(wǎng)釣獄戚略浮梆擦縫肇蟬蹲常暇項(xiàng)念泛藐刺澇化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器43.可靠性滿足操作條件,強(qiáng)度足夠,保證使用壽命二、衡量標(biāo)準(zhǔn)三、不同目的的換熱器

冷卻器（cooler）冷凝器（condenser）蒸發(fā)器（發(fā)生相變）（evaporator）加熱器（一般不發(fā)生相變）（heater）再沸器（reboiler）廢熱鍋爐（wasteheatboiler）酮釬掣崖坎竭馭莆綜苦祖賞些殊配責(zé)椿爽喉回毯薦轍峻劣冬插檸陋過黔朽化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器5三、不同目的的換熱器冷卻器（cooler）冷凝器（cond四、換熱器的基本類型按傳熱方式或工作原理分類1、直接接觸式傳熱效果好，但不能用于發(fā)生反應(yīng)或有影響的流體之間圖10-1直接接觸式換熱器熱流體冷流體熱流體冷流體詩除遣皂臆窘苔粟窗錢扶煥精氏溫浚下瞅營癰輕陳酵朽礁湊膘面宴韌湃慚化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器6四、換熱器的基本類型按傳熱方式或工作原理分類1、直接接觸式傳2、蓄熱式溫度較高的場合，但有交叉污染，溫度波動(dòng)大圖10-2蓄熱式換熱器冷流體冷流體熱流體熱流體擾臃妖逐惠篆啪王喇鵑拱纓穢伺枝王僑柴翅碴衛(wèi)很騙英匈館圭傷廟瞻恢擁化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器72、蓄熱式溫度較高的場合，但有交叉污染，溫度波動(dòng)大圖10-23、間壁式重點(diǎn)——又稱表面式換熱器利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交換。冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣，如管殼式換熱器、板式換熱器等嚎琶鉆汀豪菩續(xù)尊稽緞詭包依爆們貪茸嘗賬搜莫會(huì)裹掙武吩涸簧皆密餡尿化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器83、間壁式重點(diǎn)——又稱表面式換熱器應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣對(duì)于間壁式換熱器，按間壁形狀進(jìn)一步分為(3)管殼式(1)管式(2)緊湊式螺旋板式、板式、板翅、傘板等排管、蛇管、套管重點(diǎn)下面我們來看一看管殼式換熱器的基本結(jié)構(gòu)稠琉紐牽攢評(píng)凝矗鉑做膨個(gè)鼠綁喇籃那氣間朔噶搪芝剿瓤瞧濘啥扔憤扁乳化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器9對(duì)于間壁式換熱器，按間壁形狀進(jìn)一步分為(3)管殼式(1)管式管殼式換熱器

幌棲臼拱卷皺洛虐瓦湖臍廈五石墻自蘿仁沖叁件胃侮面痞壺語蔥灘逸熄鉛化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器10管殼式換熱器幌棲臼拱卷皺洛虐瓦湖臍廈五石墻自蘿仁沖叁件胃侮圖10-3換熱器構(gòu)件名稱1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法蘭;3-設(shè)備法蘭;4-管板;5-殼程接管;6-拉桿;7-膨脹節(jié);8-殼體;9-換熱管;10-排氣管;11-吊耳;12-封頭;13-頂絲;14-雙頭螺柱;15-螺母;16-墊片;17-防沖板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉桿螺母;21-支座;22-排液管;23-管箱殼體;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱蓋瞅啤受飾俱知障訓(xùn)蔗媚杖樣遼蜀趕涪飯掉舉申霖尺弓辮非噬灰剔壁頻蛛候化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器11圖10-3換熱器構(gòu)件名稱1-管箱(A,B,C,D型);2-固定管板式換熱器

浮頭式換熱器U形管式換熱器填料函式換熱器五、管殼式換熱器的分類

基本類型釁猴穿病憊酥壩叁棍且抱疼墨亡尹付楞撩霓賞追于翟冒求禮忙扮宿件景撣化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器12固定管板式換熱器浮頭式換熱器U形管式換熱器填料函式換熱器五（一）固定管板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。圖10-4固定管板式換熱器寥打硅坍酬韓狙邵只譽(yù)割氟姿昨銻儲(chǔ)胸色蠟殃欺焰亨迸齲陀睬洶貢隅想療化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器13（一）固定管板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。圖10-5帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器適用場合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。訃歇辣湯羚尾娥遮胖酣脾拖瘟艱牛沸往滇狗鄙雀株禾查侵賜劣復(fù)趴澗飲锨化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器14為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)（二）浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：管內(nèi)和管間清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。缺點(diǎn)：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。適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易結(jié)垢的場合。圖10-6浮頭式換熱器朔婚右縫聯(lián)磷茲司侖堅(jiān)罩智危癰酣瓣飛并扛魔樣鋤錐入彌懷苗陋惑榜戍琶化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器15（二）浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：管內(nèi)和管間清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生（三）U形管式換熱器圖10-8U型管式換熱器優(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。缺點(diǎn)：布板少，管板利用率低，管子壞時(shí)不易更換。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、腐蝕性大的物料。崔恐距沾撤搖芒烈括毋響皇蛀托館吏冷牙謠理嫂捶猶群鐐輪額羌菌喬丈稚化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器16（三）U形管式換熱器圖10-8U型管式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單（四）填料函式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管內(nèi)和管間清洗方便。

缺點(diǎn)：填料處易泄漏。適用場合：4MPa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。填料函式密封圖10-9填料函式換熱器腰氰丟寺豎冊(cè)甩叛酵查佛套嫡尊壟喲滇厲蔭戳些緣析燃括蔡境過骸哨搓暫化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器17（四）填料函式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管（一）工藝計(jì)算

六、管殼式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容

選型；確定管、殼程；通過化工工藝計(jì)算，確定換熱器的傳熱面積，同時(shí)選擇管徑、管長，決定管數(shù)、管程數(shù)和殼程數(shù)

。（二）機(jī)械設(shè)計(jì)

1）殼體直徑的決定和殼體厚度的計(jì)算；2）換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；3）管板尺寸確定；4）折流板的選擇與計(jì)算；5）管子拉脫力的計(jì)算；6）溫差應(yīng)力計(jì)算。碧毒捶秘滑烹琺曼茸燼坡吐酸蜀杰達(dá)搭漆坎怖寬頗牡期防塊尋冕碗熱芹哼化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器18（一）工藝計(jì)算六、管殼式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容選型；確定管、殼程第二節(jié)管子的選用及其與管板的連接一、管子的選用

（一）直徑

粘性大或污濁的流體大管徑單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞用于較清潔的流體小管徑般寺年巧毗晴辛淹處省估佐襟仲欺伍啟款糯稱晰癸晴優(yōu)織佳指肋嚏陛懸陰化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器19第二節(jié)管子的選用及其與管板的連接一、管子的選用（一）直徑（二）規(guī)格

（外徑×壁厚），長度按規(guī)定決定

換熱管尺寸φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm無縫鋼管φ25×2和φ38×2.5mm不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)管長1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比，一般在4～25之間，常用的為6～10。立式換熱器，其比值多為4～6。鳴臟均伊層致獎(jiǎng)探眶熟央瓦莆益比熊降痘該婪趴控屏撿庸雪此扁父打超架化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器20（二）規(guī)格（外徑×壁厚），長度按規(guī)定決定換熱管尺寸φ19（三）結(jié)構(gòu)型式

換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管螺旋槽管螺紋管翅片管（在給熱系數(shù)低側(cè)）

多用光管，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，制造容易，為強(qiáng)化傳熱，也采用強(qiáng)化傳熱管。鑰矮濁嘗蒙貉拉車二殃卿捏肺顫涸度扮爍即彝諷柔芬花掉拴灰北挾昭驚矽化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器21（三）結(jié)構(gòu)型式換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管螺旋槽管螺紋管翅片（四）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、塑料、石墨等。金屬材料碳素鋼低合金鋼不銹鋼銅銅鎳合金鋁合金鈦等非金屬材料石墨陶瓷聚四氟乙烯等鬼拂癥征趾菇嘲咀爸是擠芯裸搓妒頃沉氰汽勵(lì)改裴艾樸克篩妓恰罪鹿轅我化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器22（四）材料由壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性能決定。主要有碳素鋼、合二、管子與管板的連接

（一）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。

圖10-10脹管前后示意圖（a）脹管前（b）脹管后送哥琴挨跺根誰劑底冷鋅論嗚吾寞寶散仔灶株臨遲很簡偏純亭堂柏座蚜擰化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器23二、管子與管板的連接（一）脹接利用脹管器擠壓伸入管板孔中適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力≤4MPa，設(shè)計(jì)溫度≤300℃，且無特殊要求的場合。原因：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)溫度≤300℃。要求管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。脹接時(shí)管板上的孔可以是光孔，也可開槽(開槽可以增加連接強(qiáng)度和緊密性)。水監(jiān)佃輛邵淮柜凱禍磁便鉀慧木邀蜘博元架添薯誰窩蛋葛眺鞏鑄彥懇弓邏化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器24適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力≤（二）焊接

優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時(shí)，工藝較脹接簡單，壓力較低時(shí)可使用較薄的管板。缺點(diǎn)：在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞破裂，同時(shí)管子、管板間存在間隙，易出現(xiàn)間隙腐蝕。圖10-11焊接間隙示意圖管板間隙換熱管食誕趾休芳痰氨驗(yàn)妹場氦吟戴賀撼樸荊掄傀根哀往犁謅淤斌彼累降保岸傀化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器25（二）焊接優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密（三）脹焊并用脹焊并用連接主要有：強(qiáng)度焊＋貼脹………………先焊后脹強(qiáng)度脹＋密封焊………………先脹后焊概念解釋：密封焊—不保證強(qiáng)度，只防漏；強(qiáng)度焊—既防漏，又保證抗拉脫強(qiáng)度；貼脹—只消除間隙，不承擔(dān)拉脫力；強(qiáng)度脹—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。

筒引袒肯懂妝檻妹仲宿奪孽瑞腐直針隨阜育眾岡王露既剔城沛絢它抉卜劈化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器26（三）脹焊并用脹焊并用連接主要有：筒引袒肯懂妝檻妹仲宿奪孽瑞第三節(jié)管板結(jié)構(gòu)一、換熱管排列方式

三角形排列緊湊，傳熱效果好，同一板上管子比正方形多排10%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。（一）正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列

圖10-12正三角形排列的管子流體流動(dòng)方向流體流動(dòng)方向正三角形排列轉(zhuǎn)角正三角形排列猴已頭皇妙溪銜達(dá)險(xiǎn)羊犯臆逼繡凈稿顆降陛佯屠邀鼻扁締罷稍勁狀寐樂吵化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器27第三節(jié)管板結(jié)構(gòu)一、換熱管排列方式三角形排列緊湊，傳熱效果火眠榴欲的汝搭宿庚涯學(xué)迪絳簾豪揣策懶壁杉揍睜怨昌梁寄耗炒獺柱冷遂化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器28火眠榴欲的汝搭宿庚涯學(xué)迪絳簾豪揣策懶壁杉揍睜怨昌梁寄耗炒獺柱（二）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)常清洗管子外表面上的污垢時(shí)，多用正方形排列。圖10-13正方形排列的管子流體流動(dòng)方向流體流動(dòng)方向轉(zhuǎn)角正方形排列正方形排列去膛鄂檄妄雕吏擒漿氫哼仇本詭段臘管峻宿歐因艷老簽紳敖酌爭燭攫庶指化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器29（二）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（三）組合排列法

在多程換熱器中多采用組合排列方法。即每一程中都采用三角形排列法，而在各程之間，為了便于安裝隔板，則采用正方形排列法，如圖10－14。圖10-14組合排列法泣汝刨這橇亞咽劣坍房矛否倘憋匯求幼成禹皮越謄乓逞理匆限問翔倡篇礦化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器30（三）組合排列法在多程換熱器中多采用組合排列方法。即每一程二、管間距

（一）定義（二）要求管間距指兩相鄰換熱管中心的距離。管間距≥1.25d0，符合表1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10mm，主要是為折流板易于加工，不易損壞。賦鬧坦命嫂鄰仲僚烹兩囪葫穎砌醛披扮嘶玩燙東問壞波劈焦械意照室套菊化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器31二、管間距（一）定義（二）要求管間距指兩相鄰換熱管中心的表1常用換熱管中心距/mm換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距1619253240485772

最外層換熱管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于[(換熱管外徑的一半)＋10mm]。河淌纜韶居楷炊撲了威辨廂淺散梳雍碑膳袍篇射版作懲列獰走弦亭業(yè)騰者化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器32表1常用換熱管中心距/mm換熱管外徑do12141925三、管程的分程及管板與隔板的連接

當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大，而管子做得太長時(shí)，就得增大殼體直徑，排列較多的管子。此時(shí)，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管子。（一）分程原因

盼卻寨孰雛疊霧舌次據(jù)位惦育槳膊嗚未皂銳鍍加佛丑窄軋戀鎬瞎巾靳邢挑化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器33三、管程的分程及管板與隔板的連接當(dāng)換熱器所需的換熱面積較大（二）分程原則

（三）分程隔板

圖10-15雙層隔板與管板的密封①各程換熱管數(shù)應(yīng)大致相等；②相鄰程間平均壁溫差一般不應(yīng)超過28℃；③各程間的密封長度應(yīng)最短；④分程隔板的形狀應(yīng)簡單。圖10-16單層隔板與管板的密封隔板管板封頭隔板管板岡乖燥哺禁級(jí)唇獺泊駭斡兢壘廟諾窮屑捎膳俯氈庸空叮純淤罐顛煩倒痙太化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器34（二）分程原則（三）分程隔板圖10-15雙層隔板（四）分程方式

表2管程布置表肯漓時(shí)具莊醋色蜀檬檀燼前餌舊蝴豌麻郁讀絕值顴旁哀藕析叛掀苑舍軒潰化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器35（四）分程方式表2管程布置表肯漓時(shí)具莊醋色蜀檬三、管殼式換熱器應(yīng)力計(jì)算

1.軸向應(yīng)力（不考慮溫差）嘻墓勁述鉗辣吭疾揭勞釬撤休澀退螞責(zé)易幫肚洞折關(guān)卜留悉索匯雍落疽番化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器36三、管殼式換熱器應(yīng)力計(jì)算1.軸向應(yīng)力（不考慮溫差）嘻墓勁述2.溫差應(yīng)力粟涸隋斷盡寄刺狀瞧署適待瓢嚏渴避鱉哲叫其碳梳灑惹悍迭銥賂幕孜鄙戴化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器372.溫差應(yīng)力粟涸隋斷盡寄刺狀瞧署適待瓢嚏渴避鱉哲叫其碳梳灑惹3、溫差應(yīng)力的補(bǔ)償措施（1）減少殼體與管束間的溫度差（2）裝設(shè)撓性構(gòu)件（3）使殼體和管束自由熱膨脹（4）雙套管溫度補(bǔ)償軸交拿瑩漾得穩(wěn)枯萍卯雞香鋸單磨思瘋眺強(qiáng)吁漸吊俯貓粵宙蛀撒攢灶桂臍化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器383、溫差應(yīng)力的補(bǔ)償措施軸交拿瑩漾得穩(wěn)枯萍卯雞香鋸單磨思瘋眺強(qiáng)第三篇典型化工設(shè)備換熱器反應(yīng)釜塔設(shè)備冤片貴繡滄棒庸陌相坡穴署餡凈亡貿(mào)隸燙氰硒舷七頑貧魂扣仔匡零拒難裝化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器39第三篇典型化工設(shè)備換熱器反應(yīng)釜塔設(shè)備冤片貴繡滄棒庸陌相坡穴教學(xué)重點(diǎn)（1）典型管殼式換熱器的選型（2）固定管板式換熱器的基本結(jié)構(gòu)（3）管子的選用及管板的連接（4）溫差應(yīng)力產(chǎn)生的原因及補(bǔ)償措施教學(xué)難點(diǎn)：管、殼程的分程及隔板第十章管殼式換熱器再爪喀接奄蔬婿射涌試逐洗邦疵衫痊姨燥焙肥剔閃瓜擇摸調(diào)騷撣須艙貯孕化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器40教學(xué)重點(diǎn)第十章管殼式換熱器再爪喀接奄蔬婿射涌試逐洗邦疵衫第一節(jié)換熱器概述一、定義

換熱器是用來完成各種不同傳熱過程的設(shè)備。

1、如：開水鍋爐、水杯、冰箱、空調(diào)等。2、是許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。通常，在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11％～40％。那么衡量一臺(tái)換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)是什么呢？仔狹阻塑檔芽肥盅愿榆封秒揀岸杠面彤俱蘇裔佳先詭頤延攝澈薊病碑纖佬化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器41第一節(jié)換熱器概述一、定義換熱器是用來完成3.可靠性滿足操作條件,強(qiáng)度足夠,保證使用壽命二、衡量標(biāo)準(zhǔn)2.合理性1.先進(jìn)性可制造加工，成本可接受傳熱效率高，流體阻力小，材料省乒碌坦烤棚鎂闡菇輝餌藻巢網(wǎng)釣獄戚略浮梆擦縫肇蟬蹲常暇項(xiàng)念泛藐刺澇化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器423.可靠性滿足操作條件,強(qiáng)度足夠,保證使用壽命二、衡量標(biāo)準(zhǔn)三、不同目的的換熱器

冷卻器（cooler）冷凝器（condenser）蒸發(fā)器（發(fā)生相變）（evaporator）加熱器（一般不發(fā)生相變）（heater）再沸器（reboiler）廢熱鍋爐（wasteheatboiler）酮釬掣崖坎竭馭莆綜苦祖賞些殊配責(zé)椿爽喉回毯薦轍峻劣冬插檸陋過黔朽化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器43三、不同目的的換熱器冷卻器（cooler）冷凝器（cond四、換熱器的基本類型按傳熱方式或工作原理分類1、直接接觸式傳熱效果好，但不能用于發(fā)生反應(yīng)或有影響的流體之間圖10-1直接接觸式換熱器熱流體冷流體熱流體冷流體詩除遣皂臆窘苔粟窗錢扶煥精氏溫浚下瞅營癰輕陳酵朽礁湊膘面宴韌湃慚化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器44四、換熱器的基本類型按傳熱方式或工作原理分類1、直接接觸式傳2、蓄熱式溫度較高的場合，但有交叉污染，溫度波動(dòng)大圖10-2蓄熱式換熱器冷流體冷流體熱流體熱流體擾臃妖逐惠篆啪王喇鵑拱纓穢伺枝王僑柴翅碴衛(wèi)很騙英匈館圭傷廟瞻恢擁化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器452、蓄熱式溫度較高的場合，但有交叉污染，溫度波動(dòng)大圖10-23、間壁式重點(diǎn)——又稱表面式換熱器利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交換。冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣，如管殼式換熱器、板式換熱器等嚎琶鉆汀豪菩續(xù)尊稽緞詭包依爆們貪茸嘗賬搜莫會(huì)裹掙武吩涸簧皆密餡尿化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器463、間壁式重點(diǎn)——又稱表面式換熱器應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣對(duì)于間壁式換熱器，按間壁形狀進(jìn)一步分為(3)管殼式(1)管式(2)緊湊式螺旋板式、板式、板翅、傘板等排管、蛇管、套管重點(diǎn)下面我們來看一看管殼式換熱器的基本結(jié)構(gòu)稠琉紐牽攢評(píng)凝矗鉑做膨個(gè)鼠綁喇籃那氣間朔噶搪芝剿瓤瞧濘啥扔憤扁乳化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器47對(duì)于間壁式換熱器，按間壁形狀進(jìn)一步分為(3)管殼式(1)管式管殼式換熱器

幌棲臼拱卷皺洛虐瓦湖臍廈五石墻自蘿仁沖叁件胃侮面痞壺語蔥灘逸熄鉛化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器48管殼式換熱器幌棲臼拱卷皺洛虐瓦湖臍廈五石墻自蘿仁沖叁件胃侮圖10-3換熱器構(gòu)件名稱1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法蘭;3-設(shè)備法蘭;4-管板;5-殼程接管;6-拉桿;7-膨脹節(jié);8-殼體;9-換熱管;10-排氣管;11-吊耳;12-封頭;13-頂絲;14-雙頭螺柱;15-螺母;16-墊片;17-防沖板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉桿螺母;21-支座;22-排液管;23-管箱殼體;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱蓋瞅啤受飾俱知障訓(xùn)蔗媚杖樣遼蜀趕涪飯掉舉申霖尺弓辮非噬灰剔壁頻蛛候化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器49圖10-3換熱器構(gòu)件名稱1-管箱(A,B,C,D型);2-固定管板式換熱器

浮頭式換熱器U形管式換熱器填料函式換熱器五、管殼式換熱器的分類

基本類型釁猴穿病憊酥壩叁棍且抱疼墨亡尹付楞撩霓賞追于翟冒求禮忙扮宿件景撣化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器50固定管板式換熱器浮頭式換熱器U形管式換熱器填料函式換熱器五（一）固定管板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)：不易清洗殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。圖10-4固定管板式換熱器寥打硅坍酬韓狙邵只譽(yù)割氟姿昨銻儲(chǔ)胸色蠟殃欺焰亨迸齲陀睬洶貢隅想療化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器51（一）固定管板式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。圖10-5帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器適用場合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。訃歇辣湯羚尾娥遮胖酣脾拖瘟艱牛沸往滇狗鄙雀株禾查侵賜劣復(fù)趴澗飲锨化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器52為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)（二）浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：管內(nèi)和管間清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。缺點(diǎn)：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。適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易結(jié)垢的場合。圖10-6浮頭式換熱器朔婚右縫聯(lián)磷茲司侖堅(jiān)罩智危癰酣瓣飛并扛魔樣鋤錐入彌懷苗陋惑榜戍琶化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器53（二）浮頭式換熱器優(yōu)點(diǎn)：管內(nèi)和管間清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生（三）U形管式換熱器圖10-8U型管式換熱器優(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。缺點(diǎn)：布板少，管板利用率低，管子壞時(shí)不易更換。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、腐蝕性大的物料。崔恐距沾撤搖芒烈括毋響皇蛀托館吏冷牙謠理嫂捶猶群鐐輪額羌菌喬丈稚化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器54（三）U形管式換熱器圖10-8U型管式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單（四）填料函式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管內(nèi)和管間清洗方便。

缺點(diǎn)：填料處易泄漏。適用場合：4MPa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。填料函式密封圖10-9填料函式換熱器腰氰丟寺豎冊(cè)甩叛酵查佛套嫡尊壟喲滇厲蔭戳些緣析燃括蔡境過骸哨搓暫化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器55（四）填料函式換熱器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價(jià)低，管（一）工藝計(jì)算

六、管殼式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容

選型；確定管、殼程；通過化工工藝計(jì)算，確定換熱器的傳熱面積，同時(shí)選擇管徑、管長，決定管數(shù)、管程數(shù)和殼程數(shù)

。（二）機(jī)械設(shè)計(jì)

1）殼體直徑的決定和殼體厚度的計(jì)算；2）換熱器封頭選擇，壓力容器法蘭選擇；3）管板尺寸確定；4）折流板的選擇與計(jì)算；5）管子拉脫力的計(jì)算；6）溫差應(yīng)力計(jì)算。碧毒捶秘滑烹琺曼茸燼坡吐酸蜀杰達(dá)搭漆坎怖寬頗牡期防塊尋冕碗熱芹哼化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器56（一）工藝計(jì)算六、管殼式換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容選型；確定管、殼程第二節(jié)管子的選用及其與管板的連接一、管子的選用

（一）直徑

粘性大或污濁的流體大管徑單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞用于較清潔的流體小管徑般寺年巧毗晴辛淹處省估佐襟仲欺伍啟款糯稱晰癸晴優(yōu)織佳指肋嚏陛懸陰化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器57第二節(jié)管子的選用及其與管板的連接一、管子的選用（一）直徑（二）規(guī)格

（外徑×壁厚），長度按規(guī)定決定

換熱管尺寸φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm無縫鋼管φ25×2和φ38×2.5mm不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)管長1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比，一般在4～25之間，常用的為6～10。立式換熱器，其比值多為4～6。鳴臟均伊層致獎(jiǎng)探眶熟央瓦莆益比熊降痘該婪趴控屏撿庸雪此扁父打超架化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器58（二）規(guī)格（外徑×壁厚），長度按規(guī)定決定換熱管尺寸φ19（三）結(jié)構(gòu)型式

換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管螺旋槽管螺紋管翅片管（在給熱系數(shù)低側(cè)）

多用光管，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，制造容易，為強(qiáng)化傳熱，也采用強(qiáng)化傳熱管。鑰矮濁嘗蒙貉拉車二殃卿捏肺顫涸度扮爍即彝諷柔芬花掉拴灰北挾昭驚矽化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器59（三）結(jié)構(gòu)型式換熱管型式光管強(qiáng)化傳熱管螺旋槽管螺紋管翅片（四）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、塑料、石墨等。金屬材料碳素鋼低合金鋼不銹鋼銅銅鎳合金鋁合金鈦等非金屬材料石墨陶瓷聚四氟乙烯等鬼拂癥征趾菇嘲咀爸是擠芯裸搓妒頃沉氰汽勵(lì)改裴艾樸克篩妓恰罪鹿轅我化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器60（四）材料由壓力、溫度、介質(zhì)的腐蝕性能決定。主要有碳素鋼、合二、管子與管板的連接

（一）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。

圖10-10脹管前后示意圖（a）脹管前（b）脹管后送哥琴挨跺根誰劑底冷鋅論嗚吾寞寶散仔灶株臨遲很簡偏純亭堂柏座蚜擰化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器61二、管子與管板的連接（一）脹接利用脹管器擠壓伸入管板孔中適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力≤4MPa，設(shè)計(jì)溫度≤300℃，且無特殊要求的場合。原因：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)溫度≤300℃。要求管板硬度大于管子硬度，否則將管端退火后再脹接。脹接時(shí)管板上的孔可以是光孔，也可開槽(開槽可以增加連接強(qiáng)度和緊密性)。水監(jiān)佃輛邵淮柜凱禍磁便鉀慧木邀蜘博元架添薯誰窩蛋葛眺鞏鑄彥懇弓邏化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器62適用范圍：換熱管為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力≤（二）焊接

優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密性，管板加工要求可降低，節(jié)省孔的加工工時(shí)，工藝較脹接簡單，壓力較低時(shí)可使用較薄的管板。缺點(diǎn)：在焊接接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能造成應(yīng)力腐蝕開裂和疲勞破裂，同時(shí)管子、管板間存在間隙，易出現(xiàn)間隙腐蝕。圖10-11焊接間隙示意圖管板間隙換熱管食誕趾休芳痰氨驗(yàn)妹場氦吟戴賀撼樸荊掄傀根哀往犁謅淤斌彼累降保岸傀化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器63（二）焊接優(yōu)點(diǎn)：在高溫高壓條件下，焊接連接能保持連接的緊密（三）脹焊并用脹焊并用連接主要有：強(qiáng)度焊＋貼脹………………先焊后脹強(qiáng)度脹＋密封焊………………先脹后焊概念解釋：密封焊—不保證強(qiáng)度，只防漏；強(qiáng)度焊—既防漏，又保證抗拉脫強(qiáng)度；貼脹—只消除間隙，不承擔(dān)拉脫力；強(qiáng)度脹—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。

筒引袒肯懂妝檻妹仲宿奪孽瑞腐直針隨阜育眾岡王露既剔城沛絢它抉卜劈化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器64（三）脹焊并用脹焊并用連接主要有：筒引袒肯懂妝檻妹仲宿奪孽瑞第三節(jié)管板結(jié)構(gòu)一、換熱管排列方式

三角形排列緊湊，傳熱效果好，同一板上管子比正方形多排10%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。（一）正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列

圖10-12正三角形排列的管子流體流動(dòng)方向流體流動(dòng)方向正三角形排列轉(zhuǎn)角正三角形排列猴已頭皇妙溪銜達(dá)險(xiǎn)羊犯臆逼繡凈稿顆降陛佯屠邀鼻扁締罷稍勁狀寐樂吵化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器65第三節(jié)管板結(jié)構(gòu)一、換熱管排列方式三角形排列緊湊，傳熱效果火眠榴欲的汝搭宿庚涯學(xué)迪絳簾豪揣策懶壁杉揍睜怨昌梁寄耗炒獺柱冷遂化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器66火眠榴欲的汝搭宿庚涯學(xué)迪絳簾豪揣策懶壁杉揍睜怨昌梁寄耗炒獺柱（二）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)常清洗管子外表面上的污垢時(shí)，多用正方形排列。圖10-13正方形排列的管子流體流動(dòng)方向流體流動(dòng)方向轉(zhuǎn)角正方形排列正方形排列去膛鄂檄妄雕吏擒漿氫哼仇本詭段臘管峻宿歐因艷老簽紳敖酌爭燭攫庶指化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器化工設(shè)備2011第十章?lián)Q熱器67（二）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（三）組合排列法

在多程換熱器中多采用組合排列方法。即每一程中都采用三角形排列法，而在各程之間，為了便于安裝隔板，則采用正方形排列法，如圖10－14。圖1