化工设备机械基础 教学课件 作者 郭建章 马迪 主编第十八章管壳式换热设备.ppt

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1、化工设备机械基础制作与设计徐龙贵第十八章管壳式换热设备主要内容：概述管壳式换热器的形式管壳式换热器的结构设计管壳式换热器设计与型号选择3一、定义换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。3.可靠性满足操作条件,强度足够,保证使用寿命二、衡量标准2.合理性1.先进性可制造加工，成本可接受传热效率高，流体阻力小，材料省§18-1概述4三、按换热目的分类冷却器（cooler）冷凝器（condenser）加热器（heater）再沸器（reboiler）四、按换热方式分类混合式换热器蓄热式换热器间壁式换热器5固定

2、管板式换热器浮头式换热器U形管式换热器填料函式换热器基本类型§18-2管壳式换热器的形式固定管板式换热器优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。浮头式换热器优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力。缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在操作中无法检查。适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易结垢的场合。填料函式换热器适用场合：4MPa以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使

3、用温度受填料的物性限制。缺点：填料处易泄漏。优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。U型管式换热器适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。缺点：布管少，管板利用率低，管子坏时不易更换。优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。§18-3管壳式换热器的结构设计换热管的选用1.换热管材料由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。金属材料碳素钢低合金钢不锈钢铜铜镍合金非金属材料石墨陶瓷聚四氟乙烯等2.换热管直径单

4、位体积传热面积增大、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高阻力大，不便清洗，易结垢堵塞用于较清洁的流体大管径粘性大或污浊的流体小管径3.规格（外径×壁厚），长度按规定决定换热管尺寸φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等换热器的换热管长度与公称直径之比成为长径比，卧式换热器一般为6～10。立式换热器长径比为4～6。换热管在管板上的排列（一）正三角形和转角正三角形排列三角形排列紧凑，传热效果好，同

5、一板上管子比正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。图18-5换热管排列形式（图中箭头为管外流体流向）（二）正方形和转角正方形排列管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。要经常清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列。图18-5换热管排列形式（图中箭头为管外流体流向）（三）组合排列法在多程换热器中多采用组合排列方法。即每一程中都采用三角形排列法，而在各程之间，为了便于安装隔板，则采用正方形排列法，如图7－20。图18-6组合排列法）（1）定义（四）

6、管间距管间距指两相邻换热管中心的距离。（2）要求管间距≥1.25d0，符合表7-5规定，便于管子与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来讲，管子间距离太近，那么都会影响连接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm，主要是为折流板易于加工，不易损坏。换热管外径do1214192532384557换热管中心距1619253240485772最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于[(换热管外径的一半)＋10mm]。表18-1常用换热管中心距/mm换热管与管板的连接方法（一）胀接利用胀管器挤压伸入管板孔中的

7、管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。图18-7胀管前后示意适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力≤4MPa，设计温度≤300℃，且无特殊要求的场合。原因：温度升高，残余应力减小，使管子与管板间的胀接密封性能、紧固性能都下降，故设计温度≤300℃。要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽可以增加连接强度和紧密性)。胀接时管板上的孔可以是光孔，

8、也可开槽(开槽可以增加连接强度和紧密性)。图18-8管控壁上开槽的胀接结构（二）焊接优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存在间隙，易出现间隙腐蚀。图18-9焊接结构（三）胀焊并用胀焊并用连接主要有：强度焊＋贴胀………………先焊后胀强度胀＋密封焊………………先胀后焊概念解释：密封焊—