化工设备机械基础7 管壳式换热器副本课件.ppt

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1、第7章 管壳式换热器,第一节 管壳式换热器的总体结构第二节 管壳式换热器的主要零部件第三节 管壳式换热器的选用及设计流程第四节 其它形式换热器简介,第7章 管壳式换热器第一节 管壳式换热器的总体结构,（1）换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11 40 。它的先进性、合理性和运转可靠性将直接影响产品的质量、数量和成本。（2）根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。,第一节 管壳式换热器的总体结构,一、概述,（1）换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化,（3）衡量一台换热器好坏的标准。,c.可靠性,

2、满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿命,b.合理性,a.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,c.可靠性满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿命b.合理性,化工生产对换热设备提出的要求是： 传热效率高，流体阻力小； 强度、刚度、稳定性足够； 结构合理，节省材料，成本较低； 制造、装拆、检修方便等。,化工生产对换热设备提出的要求是：,（4）任何一种换热器不可能十全十美。板式换热器传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力大、强度和刚度差，制造、维修困难。列管式换热器虽在传热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式换热器，但其结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广，因而目前仍

3、是石油、化工生产中，尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构型式。,第一节 管壳式换热器的总体结构,一、概述,（4）任何一种换热器不可能十全十美。第一节 管壳式换热器的总,管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间：管内通道及与其相贯通的管箱，称为管程空间；换热管外的通道及与其贯通的部分，称为壳程空间。,二、管壳式换热器的种类及其结构,管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包,1 列管式换热器的主要结构：,1 列管式换热器的主要结构：,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,2 列管式换热器的工作原理：,列管式换热器,2 列管式换热器的工作原

4、理：列管式换热器,列管式换热器的主要类型,从结构上分,固定管板式换热器,浮头式换热器,U形管式换热器,填料函式换热器,列管式换热器的主要类型从结构上分固定管板式换热器浮头,固定管板式换热器结构图,(1)固定管板式换热器,固定管板式换热器结构图 (1)固定管板式换热器,带膨胀节的固定管板式换热器结构图,(1)固定管板式换热器,带膨胀节的固定管板式换热器结构图 (1)固定管板式换热器,(1)固定管板式换热器1）、结构特点：两块管板均与壳体相焊接，并加入了热补偿原件膨胀节。2 ）、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。3）、缺点：不易清洗壳程，壳体和

5、管束中可能产生较大的热应力。冷热流体温差不能太大（50)4）、适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。,(1)固定管板式换热器,折流板：提高壳程流体的流速和湍动程度。,隔板：增加管程数，提高管内流体流速。流速增加，传热效率提高；但流动的阻力也同时增加。,折流板：提高壳程流体的流速和湍动程度。隔板：增加管程数，提高,膨胀节的作用：由于两块管板都与壳体固定，当壳体、换热管受热、受压都会发生变形，加入膨胀节减少热应力来吸收热膨胀差。,当壳体和管子之间的温差较大(6070 )且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。,膨胀节的作用：由于

6、两块管板都与壳体固定，当壳体、换热管受热、,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,(2)浮头式换热器,(2)浮头式换热器,浮头式换热器结构图,(2)浮头式换热器,浮头式换热器结构图(2)浮头式换热器,(2)浮头式换热器,浮头结构图,1 浮动管板 2 浮头钩圈法兰相连 3 浮头盖,(2)浮头式换热器浮头结构图1 浮动管板 2,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,1）结构复杂，制造成本高；2）在壳体直径相同时，排管数量少，换热面积小；3）浮头处发生内漏不易发现；4）换热管束与壳体之间的环隙大，传热效率低；5）管束可以抽出，便于清洗；6）管壳间不产生温差应力，可适用于高温差、粘度大介质

7、换热场合。,炼油厂广泛采用！,1）结构复杂，制造成本高；炼油厂广泛采用！,(3)U型管式换热器：,(3)U型管式换热器：,(3)U型管式换热器：,(3)U型管式换热器：,(3)U形管式换热器,U型管式换热器的特点：,优点：管子在管壳内自由伸缩，适于冷热流体温差较大的情况；,U型换热管可拉出壳外，便于管外清洗；,结构简单（只有一块管板，无后管板和浮头），耐高温高压。,缺点：管内清洗困难，难于安装折流板；换热管少（等壳径情况下），结构不紧凑。,(3)U形管式换热器U型管式换热器的特点：优点：管子在管,2） 、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。,U型管式换热管箱器

8、 结构图,U型换热管结构图,2） 、适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压,(4)填料函式换热器,1）、结构特点：该换热器的结构与浮头式换热器的结构相似，只是浮头伸到了壳体外，浮头与壳体之间采取填料函式密封。,填料函式密封,填料函式换热器,(4)填料函式换热器1）、结构特点：该换热器的结构与浮,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,2）、优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。,3）、缺点：填料处易泄漏。4）、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，使用温度受填料的物性限制。,2）、优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管

9、内和管间清洗方,列管式换热器优 点缺 点固定管板式结构较简单,30,换热器构件名称,1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法兰;3-设备法兰;4-管板;5-壳程接管;6-拉杆;7-膨胀节;8-壳体;9-换热管;10-排气管;11-吊耳;12-封头;13-顶丝;14-双头螺柱;15-螺母;16-垫片;17-防冲板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉杆螺母;21-支座;22-排液管;23-管箱壳体;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱盖,根据我们前面学习的内容，请说说序号2、3、8、12、21各代表什么零件？,30换热器构件名称1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法兰,第二节 管

10、壳式换热器的主要零部件,一、壳体,（一）固定管板式换热器中轴向内力分析与计算（二）壳体壁厚的确定,提示：本节将介绍管壳式换热器壳体设计、换热管选择、管板、管箱、折流板及其相关联接形式等主要零部件的结构设计等。,第二节 管壳式换热器的主要零部件一、壳体（一）固定管板式换热,（一）固定管板式换热器中轴向内力分析与计算 壳体与管束通过管板刚性连接在一起，它与一般容器壳体不同之处是，在确定其厚度时要验算其轴向应力。,截面法：力平衡,变形协调方程 (EsEb),1.由介质内压引起的轴向力,（一）固定管板式换热器中轴向内力分析与计算截面法：力平衡变形,从计算结果可以看出，固定管板式换热器的壳体，在承受介质

11、内压时，由于有管束的帮助，其轴向应力比一般容器还要小，所以由内压引起的轴向应力在总的轴向应力中占的比例很小，主要需要考虑的是下面要讨论的热应力。,壳体与管壁内轴向应力的计算,从计算结果可以看出，固定管板式换热器,（一）固定管板式换热器中轴向内力分析与计算,2.由管束与壳体温差引起的热应力,t= t(tt一t0)L,s= s(ts一t0)L,（一）固定管板式换热器中轴向内力分析与计算2.由管束与壳体温,35,温差应力的产生：,2.由管束与壳体温差引起的热应力,35温差应力的产生：2.由管束与壳体温差引起的热应力,36,36,37,管子拉脱力的计算限于管子与管板胀接情况。,1）.介质压力和温差力对

12、管板的作用：,假设 管壁温度壳壁温度,37管子拉脱力的计算限于管子与管板胀接情况。1）.介质,38,2）.拉脱力的计算,计算的目的：保证胀接接头的牢固连接和良好的密封性。拉脱力定义：管子每平方米胀接周边上所受的力，单位为帕。引起拉脱力的因素为：操作压力和温差力。（1）操作压力引起的拉脱力qp:介质压力作用的面积 f 如图示,382）.拉脱力的计算计算的目的：保证胀接接头的牢固连接和良,39,介质压力p，取管程压力和壳程压力两者中的较大者。管子外径为d0 ；管子胀接长度为l。则拉脱力为：,（2）温差力引起的拉脱力 qt ：每根管承受温差力为 tat 。则拉脱力为：,（3）合拉脱力：两者使管子受力

13、方向相同取之和； 两者使管子受力方向相反取之差。,39介质压力p，取管程压力和壳程压力两者中的较大者。（2）温,40,（4）拉脱力判据：,计算合拉脱力必须小于许用拉脱力： qq,管端不卷边，管板孔不开槽 取2.0MPa。,管端卷边或管板孔开槽 取4.0MPa 。,许用拉脱力q的确定：,40（4）拉脱力判据：计算合拉脱力必须小于许用拉脱力： q,41,3） 温差应力的补偿,目的：解决壳体与管束轴向变形的不一致性。或者说，消除壳体与管子间的刚性约束，实现壳体和管子自由伸缩。补偿方法： a.减小壳体与管束间的温度差使传热膜系数大的流体走壳程；壳壁温度低于管壁温度时，对壳体进行保温。 b.装设挠性构件

14、壳体上安装膨胀节；（见书P217 图7-38）将直管制成带S形弯的管。如氨合成塔内的冷管：,413） 温差应力的补偿目的：解决壳体与管束轴向变形的不一,42,c.采用壳体与管束自由伸缩的结构,（1）填料函式换热器,42c.采用壳体与管束自由伸缩的结构（1）填料函式换热器,43,填料函结构之三,43填料函结构之三,44,（2）浮头式换热器,44 （2）浮头式换热器,45,浮头式换热器结构之二,45浮头式换热器结构之二,46,4) 膨胀节结构及设置,装在固定管板式换热器上的挠性元件。a.膨胀节的作用及结构形式：作用：对管子与壳体的膨胀变形差进行补偿，以消除或减小温差应力；b.结构形式：(1）平板焊

15、接膨胀节；(2）波形膨胀节；,464) 膨胀节结构及设置装在固定管板式换热器上的挠性,47,(3)夹壳式膨胀节,(4)波纹管,47(3)夹壳式膨胀节(4)波纹管,当壳体受轴向拉伸时，其强度条件：,（二）.壳体壁厚的确定,1.设计按压力容器壁厚计算公式计算,2.校核轴向应力（介质应力与热应力）,公式？,注：s为壳体应力，并非屈服极限,当壳体受轴向拉伸时，其强度条件：（二）.壳体壁厚的确定1.设,换热器壳体的公称直径以400mm为基数，以100mm为进级挡。和卷制容器筒体稍有不同的是，必要时也可采用50mm为进级挡。 DN不大于400mm的壳体，可以用钢管制作。 换热器壳体最小壁厚远大于一般容器，

16、其规定见表162。,换热器壳体的公称直径以400mm为基数,二、管束,1、换热管的尺寸、规格及材料,二、管束1、换热管的尺寸、规格及材料,换热管换热管是管壳式换热器的传热元件，主要通过管壁的内外面进行传热，所以换热管的形状、尺寸和材料，对传热有很大的影响。 小管径且管壁较薄的管子在相同的壳径内可以排列较多的管子，使换热器单位体积的传热面积增大、结构紧凑，单位传热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但制造麻烦，且易结垢，不易清洗。,换热管,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,铝合金,钛等,非

17、金属材料,石墨,陶瓷,聚四氟乙烯等,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,管子选用，要注意 单位传热面积的金属耗量， 传热效果， 结构紧凑， 清洗及结垢等等因素。,管子选用，要注意,一般对清洁流体用小直径管子，粘性较大的或污染的流体采用大直径管子。 我国管壳式换热器常用换热管为：碳钢、低合金钢管（外径壁厚）： 192、 252.5、 383、 573.5 ；不锈钢管 252、 382.5。,长度规格：1、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m，在炼油厂所用的换热器中最常用的是6m管长。换热管一般都用光管，为了强化传热，也可用螺纹管、带

18、钉管及翅片管。换热器的长度与公称直径之比（L/D），一般为425，常用的为610，立式换热器多为46。,一般对清洁流体用小直径管子，粘性较大的或污染的流体采,2、换热管在管板上的排列方式,有正三角形、转角正三角形、正方形和转角正方形、同心圆等。如图所示。,流体流动方向,流体流动方向,正三角形,转角正三角形,（1） 三角形排列,2、换热管在管板上的排列方式 有正三角形、转角正三角形,正三角形排列的管束,正三角形最普遍，因为在相同的管板面积上排管最多，结构紧凑，同一板上管子比正方形多排10%左右，但管外清洗不方便；,适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。,正三角形排列的管束 正三角形最

19、普遍，因为在相同的管板面,管板,焊接管口,管板焊接管口,流体流动方向,流体流动方向,正方形,转角正方形,正方形排管少，结构不够紧凑,但管外清洗较方便。一般在固定管板式换热器中多用三角形排列，浮头式换热器、填料函式换热器中多用正方形排列。,换热管排列图,（2） 正方形排列,流体流动方向流体流动方向正方形转角正方形 正方形排管少,正三角形与转角正方形排列时，流体在垂直流向拆流板缺口时，正对换热管，冲刷换热管外表面，可提高换热效果。同时，此二种排列方式较转角正三角形和正方形排列的流体通道截面小，有利于提高流速，提高换热效率。,流体流动方向,转角正方形,流体流动方向,正三角形,隆重排荐,正三角形与转角

20、正方形排列时，流体在垂直流向拆流板缺口,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。,（3）组合排列,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,（4）同心圆排列法,同心圆排列结构紧凑，在换热直径较小时，排管数比三角形排列法的管数多，换热面积最大。优点是靠近壳体的地方布管均匀，介质不易走短路。可用于制氧设备中或大型蒸发装置中。同心圆排列由于管间距不等使得壳程各处压力不等，流体容易从阻力小的地方漏流，较少采用。,无论何种排列方式，最外圈换热管外壁与壳体壁间的距离均不应小于换热管外径的1/4，且不小于810mm。,（

21、4）同心圆排列法 同心圆排列结构紧凑，在换热直径较小,3、管间距（换热管中心距）,管间距：管板上两换热管中心的距离。管间距用s表示，多程换热器分程隔板两侧管间距应加大，用sn表示。管间距影响管板强度与壳程阻力、换热器外形尺寸等。,3、管间距（换热管中心距）管间距：管板上两换热管中心的距离。,5、管子与管板的连接,管子与管板的连接方法有：胀接、焊接、胀焊接结合等。1）、胀接（ strength expanded joint） 利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，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。,（a）胀管前,

22、（b）胀管后,胀管前后示意图,5、管子与管板的连接管子与管板的连接方法有：胀接、焊接、胀焊,胀管结束後： 管板孔边缘弹性回复，挤压管端并贴紧。,胀管过程发生：管子端部塑性变形；管板孔边缘弹性变形。,胀管结束後： 管板孔边缘弹性回复，挤压管端并贴紧。胀管,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，管外径14mm且无特殊要求的场合。,要求：管板硬度管子硬度，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)。,液压胀管器,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,液压胀接,液压胀接,机械胀接,机械

23、胀接,优点：工艺简单方便； 消除间隙避免间隙腐蚀。缺点：温度升高时，管端会发生松弛 泄漏。适用条件：p4.0MPa , t350。 注意：管端硬度管板硬度。,优点：工艺简单方便；,管板厚度较大时，为提高管子抗拉脱能力及增密封性能，需要在管孔中开环形槽。,管板厚度较大时，为提高管子抗拉脱能力及增密封,保证紧密性的方法：管板孔开槽；胀接周边保证清洁；管子硬度低于管板孔周边硬度。 保证管端硬度较低并且低于管板硬度的方法：管端退火处理。选材考虑。,保证紧密性的方法：,2）、焊接（strength welded joint）,强度焊接连接是将换热管的端部与管板焊在一起。,优点：高温高压下能保证连接的紧密

24、性；管板孔加工精度要求不高，低于胀接；焊接工艺简单；压力不高时可用薄管板。缺点：存在焊接热应力应力腐蚀；管与孔间有间隙形成介质死区，间隙腐蚀。,2）、焊接（strength welded joint）,72,管与管板焊接形式：,72管与管板焊接形式：,克服了单纯的焊接及胀接的缺点，主要优点是：连接紧密，提高抗疲劳能力；消除间隙腐蚀和应力腐蚀；提高使用寿命。施工方式：先胀後焊；先焊後胀。 胀接贴胀；强度胀。 焊接密封焊，强度焊。根据不同情况具体制定施工工艺。,3）、焊胀结合,克服了单纯的焊接及胀接的缺点，主要优点是：3）、焊胀结,3）、焊胀结合,胀焊结合连接主要有： 强度焊密封胀先焊后胀。 强度

25、胀密封焊先胀后焊。 概念解释：密封焊不保证强度，只防漏； 强度焊既防漏，又保证抗拉脱强度； 密封胀只消除间隙，不承担拉脱力； 强度胀既消除间隙，又满足胀接强度。,3）、焊胀结合胀焊结合连接主要有：,胀焊结合连接方式的适用性,胀焊结合的连接方式适用于密封要求较高、承受振动或疲劳载荷、有间隙腐蚀、采用复合管板的场合。,目前，先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。,胀焊结合连接方式的适用性 胀焊结合的连接方式适用于密封,3、管程的分程,当换热器所需的换热面积较大，可增加管子长度或增加管子的数目。 增加管长是有限度的，一般不超过6m。增加管子数量则要保证管内流体有一定的流速，流速太低，传热效果则较

26、差。此时为了增加管程流速，提高传热效率，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。,为什么要分程？,3、管程的分程 当换热器所需的换热面积较大，可增加管子,换热面积较大，要进行分程 1）.管子太长，设备长径比过大，浪费材料； 2）.增加流速，提高传热效果。分程要求： 1）各程管数大致相同； 2）相邻程管壁温差不大于28； 3）程间密封长度应最短； 4）隔板形状应简单。常用管程数为：1，2，4，6，8，12。,换热面积较大，要进行分程,管箱分程：,分程举例： 2程,4程,管箱分程：分程举例：4程,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础

27、7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,84,分程隔板及其与管板间的密封,管箱结构：,84分程隔板及其与管板间的密封管箱结构：,4、管板与壳体的连接,4、管板与壳体的连接,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,4、管板与壳体的连接,列管式换热器管板与壳体的连接结构分为可拆式与不可拆式两类。 固定管板式换热器的管板与壳体间采用不可拆的焊接连接，而浮头式、U形管式和填料函式换热器的管板采用可拆式连接。,4、管板与壳体的连接 列管式换热器管板与壳体的连接结构,4、管板与壳体的连接,（1）固定管板式换热器管板与壳体的连接

28、,4、管板与壳体的连接（1）固定管板式换热器管板与壳体的连接,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,兼作法兰情况：,兼作法兰情况：,管板不兼作法兰结构：,管板不兼作法兰结构：,4、管板与壳体的连接,（2）浮头式、U形管式及填料函式换热器固定端管板与壳体的连接,由于浮头式、U形管式及填料函式换热器的管束要从壳体中抽出，以便进行清洗，故需将固定管板做成可拆连接。,管板夹于壳体法兰和顶盖法兰之间，卸下顶盖就可把管板同管束从壳体中一起抽出来。,4、管板与壳体的连接（2）浮头式、U形管式及填料函式换热器固,4、管板与壳体的连接,（2）浮头式、U形管式及填料函式换热器固定端管板与壳体的连接,4、管板

29、与壳体的连接（2）浮头式、U形管式及填料函式换热器固,94,非固定式管板,94非固定式管板,95,浮头式、U形管式和填料函式换热器上的管板为可拆式结构，以便清理壳程。,95 浮头式、U形管式和填料函式换热器上的管板,5、管板上的拉杆孔,5、管板上的拉杆孔,管箱的作用:将进入管程的流体均匀分布到各换热管，把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还可通过设置隔板起分隔作用。,四、管箱,四、管箱,(a)适用于较清洁介质工况。检查换热管内及清洗换热管时，必须将连接管道一起拆下，很不方便。,(b)在清洗换热管内时，仅将平盖拆下，不及拆除连接管道，易清洗和检查。目前设计中采用较多。缺点是用材

30、较多。,(a)适用于较清洁介质工况。检查换热管内及清洗换热管时，必须,(c)将管箱与盖板焊成一体。可避免在管板密封处的泄漏，但管箱不能单独拆下，检修清洗不方便，很少采用。,(d)多程隔板安置的一种形式。其接管安装形有多种。如图。,(c)将管箱与盖板焊成一体。可避免在管板密封处的泄漏，但管箱,附：换热器型号的表示方法,附：换热器型号的表示方法,例浮头式换热器平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54，较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程单壳程的浮头式换热器，其型号为：AES500-1.6-54-6/25-4,例,在对流传热的换热器中，为了提高壳程

31、内流体的流速和加强湍流程度，以提高传热效率，在壳程内装置折流板。折流板还起支撑换热管的作用。,五、折流板 、支撑板及短路防冲等壳程,1、横向折流板,折流板作用： 提高壳程内流体的流速； 加强湍流强度； 提高传热效率； 支撑换热管。（当工艺上无折流板要求而管子较细长时，应考虑有一定数量的支承板，以便安装和防止管子变形；支撑板的尺寸、形状可与折流板相同。）,在对流传热的换热器中，为了提高壳程内流体的流速和加强湍流,折流板和支承板可分为横向和纵向两种。 前者使流体横过管束流动； 后者则使管间的流体平行流过管束。,折流板和支承板可分为横向和纵向两种。,折流板是设置在壳体内与管束垂直的弓形或圆盘圆环形平

32、板，安装折流板迫使壳程流体按照规定的路径多次横向穿过管束，既提高了流速又增加了湍流速度，改善了传热效果，在卧式换热器中折流板还可起到支撑管束的作用。 常用的折流挡板：单弓形、双弓形、三弓形和盘圆环形。,单弓形折流挡板,单弓形折流挡板对介质流向的影响:,1、横向折流板,折流板是设置在壳体内与管束垂直的弓形或圆盘圆环,盘环形折流挡板对介质流向的影响,圆盘圆环形折流挡,盘环形折流挡板对介质流向的影响圆盘圆环形折流挡,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,双弓形板换

33、热器 性能特点 双弓形板换热器的管束由相邻两种折流板组成支撑件，流体呈顺错流流动，从而克服了普通单弓形板换热器的壳程流体，在流动中的180度转弯所造成的死区、阻力大、易震动等缺陷。在相同壳程压力降下，双弓形板换热器壳程流体的流速一般可提高1. 5倍以上，从而强化了传热。通过管束的阻力仅为单弓形扳换热器的1/51/8，因此减少板间距和壳径来提高流速是常用手段。,双弓形板换热器,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,图7-28 带扇形切口折流板,螺旋折流板换热器是管壳式换热器的一种形式。每块折流板占1/4的横截面积，呈螺旋状自进口至出口方向逐一布置。折流板对换热器中心线保持一定的倾斜角度，四

34、块折流板完成360。内的旋转，这样在壳体内形成连续的螺旋，使流体流动接近柱塞流动。,图7-28 带扇形切口折流板 螺旋折流板换热器是,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,性能特点： 与普通的弓形折流板换热器相比，螺旋折流板换热器有以下的性能改进： 衡量换热效果好坏的综合效益系数(即传热速率与压力降的比值)有较大的提高： ABB公司以水一水为介质，进行普通弓形折流板和螺旋折流板的传热与压力降实验对比，结果为：(a)螺旋折流板换热器壳程传热系数约提高1.8倍；(b)压力降减少约4.5倍。壳程流体流动状态的改变： 弓形折流板使壳程流体基本上处于横穿

35、管子的错流流动，在90度转弯处易有固体颗粒堆积和结垢产生。而螺旋折流板每块折流板仅占1/4横截面积，与中心线有一定角度的倾斜。消除了流动死区，减少了固体颗粒堆积和结垢的生成。不易引起管子的振动。,性能特点：,传统弓形隔板支撑存在一些弊端：阻力大、死角多、传热面积无法被充分利用,易引发流体流动振动等。为了使折流板的性能得到改进,近年又研发出了多弓形折流板、整圆形折流板(如图)、异形孔折流板、网状板等。这些新型折流板支承结构的出现主要是为了使流体由横向流动变为纵向流动,从而尽可能地消除死区,使得传热综合性能得到提高,也使得管束的抗振性能得到增强。,传统弓形隔板支撑存在一些弊端：阻力大、死角多、传热

36、面积,各种折流板中弓形折流板用得较普遍，这种形式使流体只经折流板切去的圆缺部分而垂直流过管束，流动中死区较少。,（1）横向折流板的尺寸,弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。缺口高度h=（0.20.45）Di,各种折流板中弓形折流板用得较普遍，这种形式使流体只经,折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口接管。 卧式换热器的壳程为单相清洁流体时，折流板缺口应水平上下布置，若气体中含有少量液体时，则应在缺口朝上的折流板的最低处开通液口；若液体中含有少量气体时，则应在缺口朝下的折流板最高处开通气。 卧式换热器、冷凝器和重沸器的壳程介质为气、液相共存或液体

37、中含有固体物料时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口。,（2）横向折流板的间距,折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近,安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。 对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。如图：弓形缺口太大或太小都会产生死区，既不利于传热，又往往增加流体阻力。,a.切除过少b.切除适当 c.切除过多,我国系列标准中采用的挡板间距为：固定管板式有100，150，200，300，450，600，700mm七种浮头式有100，150，200，250，300，350，450（或480），

38、600mm八种。,安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良,折流板的加工,折流板的加工,（4）折流板与支持板的固定,折流板和支承板的固定是通过拉杆和定距管完成的。拉杆是一根两端皆有螺纹的长杆，一端拧入管板，将折流板穿在拉杆上，折流板的间距由定距管隔离并保持板间距，最后一块折流板用螺母拧紧在拉杆上。,d14mm时,（4）折流板与支持板的固定折流板和支承板的固定是通过拉杆,折流板的固定方法,折流板的固定方法,2、支持板,当换热器不需设折流板，但换热管无支撑跨距超过相关规定时，则应设支持板，用来支撑换热管，以防止换热管产生过大的挠度。 浮头式换热器浮头端宜设置加厚环板的支持板。,2、支持

39、板 当换热器不需设折流板，但换热管无支撑跨距超,3、纵向折流板-壳程分程,纵向折流板是使流体平行管束流动，在传热上不如垂直流过管束好。但可提高流速，所以也可较好地提高传热效率。其主要缺点是：纵向折流板与壳体壁间的密封不易保证，容易造成短路。,3、纵向折流板-壳程分程纵向折流板是使流体平行管束流动，,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,5、防冲板与拦液板-防冲板,为防止壳程进口接管处壳程流体对换热管的直接冲刷，可设置壳程的防冲挡板,5、防冲板与拦液板-防冲板 为防止壳程进口接管处壳程,扩大管,扩大管,六、波形膨胀节,温差应力产生的原因是管与壳膨

40、胀的不一致性和管与壳之间的刚性约束。消除或减小热应力的措施 就是减少管壳间的温差，以降低膨胀的不一致性，或在壳体上设置膨胀节以削弱刚性约束，或采用自由膨胀结构。,六、波形膨胀节 温差应力产生的原因是管与壳膨胀的,化工设备机械基础7_管壳式换热器-副本课件,1、膨胀节的基本形式及其特点,膨胀节是装在固定管板式换热器上的挠性元件，对管子与壳体的膨胀变形差进行补偿，以此减少或消除温差应力。在换热器中采用的膨胀节一般有三种型式： 平板形、 形和U形,（1）平板形：制造容易，挠性差，适用于直径大、温差小及常压低压设备；,1、膨胀节的基本形式及其特点 膨胀节是装在固定,（2）形：用薄壁管焊接而成，在焊接处易产生较大应力，且不易焊透，它适用于小直径筒体或应力较小的场合；,（2）形：用薄壁管焊接而成，在焊接处易产生较大应力，且不易,（3）U形：又称波形膨胀节，可做成单层或多层，多层比单层优点多，如弹性大、灵敏度高、补偿能力强、承压能力及耐疲劳强度高、使用寿命长。 U形膨胀节使用最为普遍。为了提高膨胀节的承压能力，可在每一波形之间增加一个加强环。,（3）U形：又称波形膨胀节，可做成单层或多层，多层比单层优点,