《热交换器原理与设计》管壳式热交换器设计

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1、第二章管壳式热交换器1管程—与管束中流体相通的空间壳程—换热管外面流体及相通空间管程壳程管程二、结构设计21.管程结构(1)管束分程(分程隔板):①条件:当换热器所需换热面↑，而管子又不能太长时，就要管数n↑(v↓)为使管内v↑→提高传热效果→需分程②管程数:一般有1，2，4，6，8，10，12等七种,最简单、最常用的是单管程。③隔板布置方式平行布置法T形布置法④分程的要求:a.避免流体温差较大的两部分管束紧邻b.程与程之间温差不宜过大,不超过28℃c.应尽可能使各管程的换热管数大致相同d.分程隔板槽形状简单,密封面长度较短34管束分程布置图

2、流向5⑤分程隔板与管板的连接形式:隔板密封面通常10mm;对卧式换热器:设置φ6mm的排液孔,其位置按具体情况而定6壳体折流板折流杆防短路结构壳程分程2.壳程结构⑴壳体①接管→焊在壳体上，供壳程流体进、出。②防冲挡板作用:减小流体的不均匀分布和对管束的侵蚀和震动，在壳程进口接管处设置防冲挡板.固定形式焊接在拉杆、定距管、折流板上焊接在圆筒上用U型螺栓固定在换热管上78设置条件:a.当壳程进口管流体的ρv2值为下列数值时，应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒(i)非腐蚀,非磨蚀性单相流体ρv2＞2230kg/(m.s2)(ii)其他液体，包括沸点

3、下液体ρv2＞740kg/(m.s2)b.有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物，应设置防冲板③导流筒作用:a.充分利用换热面积,减小壳程进出口处死区b.也起防冲作用c.减少壳程进出口处压降(外导流结构)条件:当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒分类：内导流筒和外导流筒两种。91011作用:a.提高壳程流体流速，增加湍动程度；使壳程流体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数；b.减少结垢。c.支承管束⑵折流板、支持板①折流板结构形式弓形圆盘-圆环形堰形折流板12过程设备设计(a)单弓形(d)圆盘-圆环形(c)三弓形(b)双弓形弓

4、形缺口高度h应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示，如单弓形折流板，h=(0.20～0.45)Di，最常用0.25Di。1314圆盘-圆环形折流板15图2-22单弓形折流挡板图2-24圆盘—圆环形折流挡1617布置原则:a.一般应按等间距布置b.管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出口接管折流板缺口布置原则:a.壳程为单相清洁流体时，折流板缺口(卧式）应水平上下布置。若气体中含有少量液体,应在缺口朝上的折流板最低处开设通液口;若液体中含有少量气体，应在缺口朝下的折流板最高处开通气口;b.壳程介质为

5、气液共存或液体中含有固体颗粒时，折流板应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口;c.间距：Lmin不小于0.2管内径Di，且不小于50mm；Lmax不大于Di；18过程设备设计壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置折流板缺口布置通液口通气口(a)(b)19过程设备设计卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固体颗粒时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口通液口折流板缺口布置(c)20折流板上管孔与换热管折流板与壳体内壁之间过大—泄露严重,不利传热;易引起振动。过小—安装困难。间隙→折流板的排列方式：21缺口左右方交错排列。

6、卧式热交换器中的排列方式缺口上下方交错排列22折流板的安装d≤14mm时23●折流板的固定折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。拉杆结构2425②支持板设置条件:当换热器在工艺上无须设置折流板，但管子又比较长，超过最大无支撑跨距时，需设置一定数量的支持板，按照折流板处理.作用:a.减小跨距→防振b.支承管子→增加管子刚度，防止管子产生过大挠度形状尺寸:同折流板最大无支撑跨距:换热管外径10121416192532384557最大无支撑跨距钢管--11001300150018502200250027503200有色金属管75085095011

7、0013001600190022002400280026过程设备设计A、换热管外径≤14mm时——点焊结构B、换热管外径＞14mm时——拉杆-定距管结构dndn③折流板、支持板固定方式：27拉杆数量:与拉杆直径，壳体DN有关拉杆布置:尽量布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆⑶折流杆针对传统折流板:有传热死区,流体阻力↑,易产生管振动等缺点→开发新型折流杆结构:1支撑杆2折流杆3滑轨2829优点:a.传热量相同下，Δp比弓形折流板降低50%；b.没有传热死区c.结垢速度快；d.管束不易振动(壳

8、程流体流向由横流变为轴流)(4)防短路结构目的:防止壳程流体，在某些区域短路→使传热效率增加结构：旁路挡板图挡管图中间挡板图30旁路挡板折流板旁路挡板为了防止壳程边