热交换器结构培训资料课件.ppt

1、热交换器结构11.1定义:热交换器（heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称换热器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。21 基本介绍31.2 基本类型1、固定管板式、固定管板式2、浮头式、浮头式3、U形管式形管式4、填料函式、填料函式 热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。 换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。 价格便宜，维护容易，使用时间长。41.3

2、换热器的基本要求 52、固定管板式换热器1封头；2法兰；3排气口；4壳体；5换热管；6波形膨胀节；7折流板（或支持板）；8防冲板；9壳程接管；10管板；11管程接管；12隔板；13封头；14管箱；15排液口；16定距管；17拉杆；18支座；19垫片；20、21螺栓、螺母 6适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。侧压力不高的场合。优点优点结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价结构简单、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。低

3、，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点缺点当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。应用应用 为减少为减少热应力热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。7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。8图7-2 固定管板式换热器图7-3 带补偿器的固定管板式换热器带膨胀节

4、的固定管板式热交换器适用场合：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。为减少热应力，通常在固定管板式热交换器中设置柔性元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。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。93 3、浮头式、浮头式热交换器1防冲板；2折流板；3浮头管板；4钩圈；5支耳 10浮头式换热器浮头式换热器11浮头结构示意图12优点优点管间和管内清洗方便，不会产生热应力；管间和管内清洗方便，不会产生热应力；缺点缺点结构复杂，造价比固定管板式换热器高，结构复杂，造价比固定管

5、板式换热器高， 设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖 在操作中无法检查，制造时对密封要求较在操作中无法检查，制造时对密封要求较 高。高。应用应用壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易 结垢的场合。结垢的场合。13浮头式重沸器1偏心锥壳；2堰板；3液面计接口144、U形管式换热器1 1中间挡板；中间挡板；2 2U U形换热管；形换热管；3 3排气口；排气口；4 4防冲板；防冲板；5 5分程隔板分程隔板15U形管式换热器16 优点优点 结构比较简单、价格便宜，承压能力强。结构比较简单、价格便宜，承压能力强。 受弯管曲率半径限制，

6、布管少；受弯管曲率半径限制，布管少； 管束最内层管间距大，管板利用率低；管束最内层管间距大，管板利用率低； 缺点缺点 壳程流体易短路，传热不利。壳程流体易短路，传热不利。 当管子泄漏损坏时，只有外层当管子泄漏损坏时，只有外层U U形管可更形管可更 换，内层管只能堵死，坏一根换，内层管只能堵死，坏一根U U形管相当形管相当 于坏两根管，报废率较高。于坏两根管，报废率较高。 管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要 应用应用 清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的 场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢场合。特别适用于管内走清洁而不易

7、结垢 的高温、高压、腐蚀性大的物料。的高温、高压、腐蚀性大的物料。175、填料函式换热器1纵向隔板；2浮动管板；3活套法兰；4部分剪切环；5填料压盖；6填料；7填料函18优点优点 结构较浮头式简单，加工制造方便；结构较浮头式简单，加工制造方便； 节省材料，造价比较低廉节省材料，造价比较低廉; ; 管束从壳体内可抽出管束从壳体内可抽出; ; 管内、管间都能进行清洗，维修方便。管内、管间都能进行清洗，维修方便。缺点缺点 填料处易泄漏。填料处易泄漏。 应用应用 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、以下，且不适用于易挥发、易燃、 易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填

8、 料的物性限制。料的物性限制。 注：填料函式换热器现在已很少采用。注：填料函式换热器现在已很少采用。196 不同类型比较表列管式热交列管式热交换器换器种类种类优优 点点缺缺 点点固定管板式固定管板式结构较简单，造价较低，相对结构较简单，造价较低，相对其它列管式热交换器其管板最其它列管式热交换器其管板最薄。薄。管外清洗困难管外清洗困难；管壳间管壳间有温差应力存在有温差应力存在；当两种介质温差较大时必须当两种介质温差较大时必须设置膨胀节。设置膨胀节。浮头式浮头式一端管板固定，另一端管板可一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动；管壳间不产生在壳体内移动；管壳间不产生温差应力；管束可抽出，便于温差应力

9、；管束可抽出，便于清洗。清洗。结构较复杂，结构较复杂，；浮头处发生内漏时不便检查；浮头处发生内漏时不便检查；管束与管体间隙较大，影响传管束与管体间隙较大，影响传热。热。填料函式填料函式管束一端可自由膨胀；造价比管束一端可自由膨胀；造价比浮头式低；检修、清洗容易；浮头式低；检修、清洗容易；填函处泄漏能及时发现。填函处泄漏能及时发现。壳程内壳程内介质有外漏的可能介质有外漏的可能；壳程中不宜处理易挥发、易燃、壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。易爆、有毒的介质。U U型管式型管式只有一个管板；管程至少为两只有一个管板；管程至少为两程；程；管束可以抽出清洗；管子可自管束可以抽出清洗；管子可自

10、由膨胀。由膨胀。管内不便清洗管内不便清洗；管板上布管少，管板上布管少，结构不紧凑结构不紧凑，管外介质易短路，影响传热效管外介质易短路，影响传热效果；果；内层管子损坏后不易更换。内层管子损坏后不易更换。207 管壳式换热器结构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（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 换 热 器217.1 管程结构管程结构一、换热管二、管板三、管箱四、管束分程五、换热管与管板连接22一、换热管a.换热管型式换热管型式光管光管强化传热管强化传热管翅片管（在给热系数低侧）翅片管（在给热系数低侧）螺旋槽管螺旋槽管螺纹管螺纹管b.换热管尺寸换热管尺寸192、252.

11、5和和382.5mm无缝钢管无缝钢管252和和382.5mm不锈钢管不锈钢管标准管长标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等等23小管径小管径单位体积传热面积增大、单位体积传热面积增大、结构紧凑、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高金属耗量减少、传热系数提高阻力大，不便清洗，易结垢堵塞阻力大，不便清洗，易结垢堵塞用于较清洁的流体用于较清洁的流体粘性大或污浊的流体粘性大或污浊的流体大管径大管径24c.换热管材料换热管材料金属材料金属材料碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢不锈钢不锈钢铜铜铜镍合金铜镍合金铝合金铝合金钛等钛等非金属材料非金属材料石墨石墨陶瓷陶瓷聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等25

12、d.换热管排列形式及中心距60309045p三角形布管多，但不易清洗；三角形布管多，但不易清洗；正方形及转角正方形较易清洗正方形及转角正方形较易清洗管桥强度管桥强度清洗通道清洗通道P1.25d026常用换热管中心距/mm换热管外径换热管外径do1214192532384557换热管中心距换热管中心距16192532404857722728二、管板作用作用用来排布换热管；用来排布换热管；将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合；将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合；承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。（a) BEM立式固定管板式换热器29a.管板材料管板材

13、料力学性能力学性能介质腐蚀性（及介质腐蚀性（及tube-tubesheet间电位差对腐蚀影响）间电位差对腐蚀影响）贵重钢板价格贵重钢板价格流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，管板采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造；管板采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造；腐蚀性较强时，用不锈钢、铜、铝、钛等材料，腐蚀性较强时，用不锈钢、铜、铝、钛等材料，为经济考虑，采用复合钢板或堆焊衬里。为经济考虑，采用复合钢板或堆焊衬里。30b.管板结构管板结构厚度满足强度前提下，尽量减少管板厚度（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 换 热 器热应力热应力31厚度计算标准GB15

14、1管壳式换热器管壳式换热器美国管式换热器制造商协会标准美国管式换热器制造商协会标准TEMA西德西德AD标准标准厚度厚度“厚管板厚管板”GB151管壳式换热器管壳式换热器、 美国管式换热器制造商协会标准美国管式换热器制造商协会标准TEMA“薄管板薄管板”西德西德AD标准，厚度一般标准，厚度一般为为8-20mm32薄管板平面形平面形椭圆形椭圆形碟形碟形球形球形挠性薄管板等挠性薄管板等目前主要有33比较四种用于固定管板换热器的薄管板结构：比较四种用于固定管板换热器的薄管板结构：薄管板贴于法兰表面上，薄管板贴于法兰表面上，当管程通过腐蚀性介质时，当管程通过腐蚀性介质时，密封槽开在管板上，法兰不密封槽开

15、在管板上，法兰不与管程介质接触与管程介质接触（a）（b）薄管板嵌入法兰内，并将表面车薄管板嵌入法兰内，并将表面车平。不论管程和壳程是否有腐蚀平。不论管程和壳程是否有腐蚀性介质，法兰都会与腐蚀性介质性介质，法兰都会与腐蚀性介质接触，需采用耐腐蚀材料，接触，需采用耐腐蚀材料，而而且管板受法兰力距的影响较大且管板受法兰力距的影响较大34薄管板在法兰下面且与筒体薄管板在法兰下面且与筒体 焊接。壳程通入腐蚀性介质焊接。壳程通入腐蚀性介质 时，不必采用耐腐蚀材料；时，不必采用耐腐蚀材料；管板离开了法兰，减小了法管板离开了法兰，减小了法 兰力矩和变形对管板的影兰力矩和变形对管板的影 响，降低了管板因法兰引起

16、响，降低了管板因法兰引起 的应力；的应力；管板与刚度较小的筒体连管板与刚度较小的筒体连 接，也降低了管板的边缘应接，也降低了管板的边缘应 力；力；是一种较好的结构。是一种较好的结构。（c）35（d）管板与壳体间有一个圆弧过管板与壳体间有一个圆弧过 渡连接，并且很薄，管板具渡连接，并且很薄，管板具 有一定弹性，可补偿管束与有一定弹性，可补偿管束与 壳体间的热膨胀；壳体间的热膨胀；过渡圆弧可减少管板边缘的过渡圆弧可减少管板边缘的 应力集中。应力集中。该种管板没有法兰力矩的影该种管板没有法兰力矩的影 响。响。壳程流体通入腐蚀性介质壳程流体通入腐蚀性介质 时，法兰不会受到腐蚀。时，法兰不会受到腐蚀。挠

17、性薄管板加工比较复杂。挠性薄管板加工比较复杂。挠性薄管板结构挠性薄管板结构36椭圆形管板椭圆形管板以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降低热应力；适用于高压、大直径的换热器。低热应力；适用于高压、大直径的换热器。37用于严格禁止管程用于严格禁止管程与壳程介质互相混与壳程介质互相混合的场合。合的场合。方法：方法： 从短节排出从短节排出 短节圆筒充入高于短节圆筒充入高于 管程、壳程压力的管程、壳程压力的 惰性介质惰性介质图6-17 双管板结构1空隙 2壳

18、程管板 3短节 4管程管板2341123438三、管箱三、管箱作用作用流体送入换热管和送出换热器，流体送入换热管和送出换热器， 在多管程结构中，还起到改变流体流向的作用。在多管程结构中，还起到改变流体流向的作用。结构形式决定因素结构形式决定因素清洗？管束分程？清洗？管束分程？(a)(b)(c)(d)隔板(a)(b)隔板箱盖(a) （b） (c) (d)图图 6-17 管管箱箱结结构构形形式式隔 板(a)( b )隔 板箱 盖(a) （ b） (c) (d)图图6 -17 管管 箱箱 结结 构构 形形 式式隔 板(a)(b)隔 板箱 盖（ 2）（ 1）(c)隔 板箱 盖管 板(d)隔 板(a)

19、（ b） (c) (d)图图6-17 管管 箱箱 结结 构构 形形 式式隔板(a)（2）（1）(c)隔板箱盖管板(d)隔板(a) （b） (c) (d)图图6-17 管管箱箱结结构构形形式式39特点特点清洗时要拆除管线；清洗时要拆除管线；该结构适用于较清该结构适用于较清洁的介质。洁的介质。隔板(a)(b)隔板箱盖（ 2）（ 1）(c)隔 板箱 盖管 板(d)隔 板 (a) （b） (c) (d) 图图 6-17 管管 箱箱 结结 构构 形形 式式 (a)40换热器管箱41清洗时不要拆除管线；缺点是用材较多。特点特点隔 板(a)(b)隔 板箱 盖(a) （ b） (c) (d)图图6 -17 管

20、管 箱箱 结结 构构 形形 式式(b)42特点特点检查、清洗不方便很少使用隔板(a)(b)隔 板箱 盖（2）（1）(c)隔板箱盖管板(d)隔板(a) （b） (c) (d)图图6-17 管管箱箱结结构构形形式式（1）（2）(c)43特点特点设置多层隔板的管箱结构隔板(a)（2）（1）(c)隔板箱盖管板(d)隔板(a) （b） (c) (d)图图6-17 管管箱箱结结构构形形式式(d)44四、管束分程管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个管程换热面积要变大换热面积要变大管数增加管数增加流速下降流速下降传热系数下降传热系数下降多管程多管程管子加长管子加长45管束分程布置图图序管箱隔板介质返

21、回侧隔板管程数流动顺序214612123414231432213546146325bacdefg每程管数大致相同，温差不超过每程管数大致相同，温差不超过20左右为好左右为好流向流向46五、换热管与管板连接强度胀强度胀强度焊强度焊胀焊并用胀焊并用a.强度胀强度胀保证换热管与管板连接的保证换热管与管板连接的密封性能密封性能及及抗拉脱强度抗拉脱强度的胀接的胀接设计压力设计压力4.0MPa；设计温度设计温度300；操作中无剧烈振动、无过大温度波动，操作中无剧烈振动、无过大温度波动，及无明显应力腐蚀等场合。及无明显应力腐蚀等场合。应用应用4733 8300300K11130033 86K11133863

22、003111300K贴胀贴胀结构用于用于25mm的场合的场合用于用于25mm的场合的场合用于厚管板及避免用于厚管板及避免晶间腐蚀的场合晶间腐蚀的场合强度胀接管孔结构强度胀接管孔结构300l48非均匀胀接非均匀胀接均匀胀接均匀胀接胀接机理胀接机理方法方法管子硬度一般须低于管板硬度，管子硬度一般须低于管板硬度，若达不到，可进行管头退火处理若达不到，可进行管头退火处理49液压胀接50机械胀接51b.强度焊强度焊保证换热管与管板连接的保证换热管与管板连接的密封性能密封性能及及抗拉脱强度抗拉脱强度的焊接。的焊接。用于整体管板用于整体管板用于复合管板用于复合管板图图6-20 强度焊接管孔结构强度焊接管孔结

23、构52优点优点焊接结构强度高，抗拉脱力强度高。焊接结构强度高，抗拉脱力强度高。高温下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。高温下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。泄露处可补焊和更换。泄露处可补焊和更换。焊后，管子与管板中存在残余热应力和应力集中，焊后，管子与管板中存在残余热应力和应力集中，运行时可能引起应力腐蚀与疲劳破坏；运行时可能引起应力腐蚀与疲劳破坏；缝隙腐蚀。缝隙腐蚀。缺点缺点除较大振动和缝隙腐蚀场合外，该方法应用广泛除较大振动和缝隙腐蚀场合外，该方法应用广泛; ;薄管板不能胀，只能焊。薄管板不能胀，只能焊。应用应用53c.胀焊并用胀焊并用主要有主要有强度胀强度胀+ +密封焊密封焊、

24、强度焊强度焊+ +贴胀贴胀、强度焊强度焊+ +强度胀强度胀等等不仅能提高连接处的抗疲劳性能，不仅能提高连接处的抗疲劳性能，而且还可消除应力腐蚀和缝隙腐蚀，而且还可消除应力腐蚀和缝隙腐蚀，提高使用寿命提高使用寿命应用：应用：密封性能要求较高；密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；有缝隙腐蚀；需使用复合管板等的场合需使用复合管板等的场合54切除管子端部切除管子端部557.2壳程结构一、壳体一、壳体二、折流板二、折流板三、折流杆三、折流杆四、防短路结构四、防短路结构五、壳程分程五、壳程分程56一、壳体一、壳体a. 接管接管b. 防冲挡板防冲挡板c. 导流筒导流筒焊在壳

25、体上，供壳程流体进、出。焊在壳体上，供壳程流体进、出。防止进口流体直接冲击管束造成管子的侵蚀和防止进口流体直接冲击管束造成管子的侵蚀和振动，在壳程进口接管处安装，也叫缓冲板。振动，在壳程进口接管处安装，也叫缓冲板。焊接在拉杆、定距管、焊接在拉杆、定距管、I折流板上折流板上焊接在圆筒上焊接在圆筒上用用U型螺栓固定在换热管上型螺栓固定在换热管上固定形式固定形式减少流体滞留区，改善两端流体的分布，减少流体滞留区，改善两端流体的分布，增加换热管的有效换热长度，提高传热效率；增加换热管的有效换热长度，提高传热效率；起防冲挡板的作用。起防冲挡板的作用。57导流筒导流筒58二、折流板二、折流板a.作用作用提

26、高壳程流体流速，增加湍动程度；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；使壳程流体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数；减少结垢。减少结垢。b.结构形式（见图）结构形式（见图）弓形弓形圆盘圆盘- -圆环形圆环形堰形折流板堰形折流板59(b)双弓形水平竖直转角（a） 单弓形（C）三弓形（d）四弓形(b)双弓形水平竖直转角（a） 单弓形（C）三弓形（d）四弓形(a)单弓形单弓形(d)圆盘圆盘-圆环形圆环形(c)三弓形三弓形(b)双弓形双弓形弓形缺口高度弓形缺口高度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

27、壳体内直径的百分比来表示，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，如单弓形折流板，h一般取一般取0.200.45Di，最常用，最常用0.25Di。图图6-21 折流板形式折流板形式60c.弓形缺口及通液口设置弓形缺口及通液口设置（A）壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置图图6-22 折流板缺口布置折流板缺口布置61（B）卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固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最低处开通液口

28、通液口通液口图图6-22 折流板缺口布置折流板缺口布置62折流板缺口垂直左右布置63折流板折流板64d.折流板布置折流板布置位置：管束两端的折流板尽量靠近进出口接管位置：管束两端的折流板尽量靠近进出口接管间距：间距： Lmin不小于不小于0.2Di，且不小于，且不小于50mm； Lmax不大于不大于Di；（a) BEM立式固定管板式换热器65折流板上管孔与换热管的间隙以及折流板与壳体内壁之间的间隙折流板上管孔与换热管的间隙以及折流板与壳体内壁之间的间隙过大过大泄露严重，不利传热；易引起振动。泄露严重，不利传热；易引起振动。过小过小安装困难。安装困难。当换热管的无支撑跨距超过了标准中规定值时，当

29、换热管的无支撑跨距超过了标准中规定值时，必须设置一定数量的支撑板，按照折流板处理。必须设置一定数量的支撑板，按照折流板处理。（a) BEM立式固定管板式换热器66e.折流板的固定折流板的固定B、换热管外径14mm时点焊结构A、换热管外径 14mm时拉杆-定距管结构dndnd+1d点焊dndnd+1d点焊dndn图6-23 拉杆结构67三、折流杆三、折流杆作用作用管束支撑结构管束支撑结构特点特点减轻折流板对换热管的剪切破坏和流体诱导振动；减轻折流板对换热管的剪切破坏和流体诱导振动； 避免折流板导致的传热死区，减小流体阻力，避免折流板导致的传热死区，减小流体阻力， 提高传热效率；提高传热效率；12

30、3（1）支撑杆）支撑杆（2）折流杆）折流杆（3）滑轨）滑轨图图6-24 折流杆结构折流杆结构 68四、防短路结构四、防短路结构a.旁路挡板旁路挡板旁路挡板旁路挡板 挡管（或称假管）挡管（或称假管） 中间挡板中间挡板为了防止为了防止壳程边缘壳程边缘介质短路介质短路折流板旁路挡板旁路挡板旁路挡板折流板折流板图图6-25 挡管结构挡管结构69旁路挡板可用旁路挡板可用钢板钢板或或扁钢扁钢制成，其厚度一般与制成，其厚度一般与折流板相同。折流板相同。旁路挡板嵌入折流板槽内，并旁路挡板嵌入折流板槽内，并与折流板焊接与折流板焊接。壳体公称直径壳体公称直径DN500mm时，增设一对旁路挡板；时，增设一对旁路挡板

31、； DN = 500mm时，增设二对挡板；时，增设二对挡板； DN1000mm时，增设三对旁路挡板。时，增设三对旁路挡板。70b、挡管、挡管图图6-26 挡管结构挡管结构防止管间短路；分程隔板槽背面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管；挡管一般与换热管规格相同，可与折流板点焊固定，也可用拉杆（带定距管或不带定距管）代替。挡管每隔34排换热管设置一根，但不设置在折流板缺口处71隔板与挡管隔板与挡管72c.中间挡板中间挡板中间挡板中间挡板图图6-27 中间挡板中间挡板U形管束中心部分存在较大间隙形管束中心部分存在较大间隙 ，防止管间短路；，防止管间短路；中间挡板一般与折流板点焊固定；中间挡板一般与

32、折流板点焊固定；中间挡板的数量中间挡板的数量:DN500mm时，设置时，设置1块挡板；块挡板； 500mmDN1000mm时，设置时，设置2块挡板；块挡板； DN1000mm时，设置不少于时，设置不少于3块挡板。块挡板。73五、壳程分程五、壳程分程根据工艺设计要求，根据工艺设计要求，或为增大壳程流体传热系数，或为增大壳程流体传热系数，也可将换热器壳程分为多程的结构。也可将换热器壳程分为多程的结构。748 管板设计管板设计一、管板设计的基本考虑一、管板设计的基本考虑二、管板设计思路二、管板设计思路三、薄管板设计三、薄管板设计75各国的管板设计公式尽管形式各异，但其大体上各国的管板设计公式尽管形式

33、各异，但其大体上是分别在以下三种基本假设的前提下得出的：是分别在以下三种基本假设的前提下得出的：（1）将管板看成周边支承条件下承受均布载荷的圆平板，）将管板看成周边支承条件下承受均布载荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式。考虑到管孔的削弱，再引入应用平板理论得出计算公式。考虑到管孔的削弱，再引入经验性的修正公式。经验性的修正公式。（2）将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的）将管子当作管板的固定支撑而管板是受管子支撑着的圆平板。管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。实践圆平板。管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。实践证明，这种公式适用于各种薄管板的计算。证明，这种公式适用于各种薄管板

34、的计算。（3）将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆）将管板视为在广义弹性基础上承受均布载荷的多孔圆平板，既把圆平板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时平板，既把圆平板简化为受到规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。76一、管板设计的基本考虑一、管板设计的基本考虑 假设：假设：把实际的管板简把实际的管板简化为承受均布载化为承受均布载荷、放置在弹性荷、放置在弹性基础上且受管孔基础上且受管孔均匀削弱的当量均匀削弱的当量圆平板。圆平板。GB151管壳式换热器管壳式换热器77a.管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管

35、板转角的约束作用管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用78布管区布管区不布管区不布管区b.管板周边不布管区对管板应力的影响管板周边不布管区对管板应力的影响按其面积简化为按其面积简化为圆环形实心板圆环形实心板管板边缘的应力下降管板边缘的应力下降管板管板靠近中央部分的靠近中央部分的布管区布管区靠近周边处较窄的不布管区靠近周边处较窄的不布管区79c.不同结构形式的换热器不同结构形式的换热器, 管板边缘有不同形式的连接结构，根管板边缘有不同形式的连接结构，根 据具体情况，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管据具体情况，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管 板边缘转角的约束

36、作用；板边缘转角的约束作用； (不同连接结构，设计步骤有所不同不同连接结构，设计步骤有所不同)a型型b型型c型型d型型e型型f型型80d.管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响e型型f 型型81假设：假设：把实际的管板简化为承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔把实际的管板简化为承受均布载荷、放置在弹性基础上且受管孔均匀削弱的当量圆平板。均匀削弱的当量圆平板。a. 管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用管束对管板挠度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用b. 管板周边不布管区对管板应力的影响：将管板划分为两个区，即管板

37、周边不布管区对管板应力的影响：将管板划分为两个区，即 靠近中央部分的布管区和靠近周边处较窄的不布管区。通常管板靠近中央部分的布管区和靠近周边处较窄的不布管区。通常管板 周边部分较窄的不布管区按其面积简化为圆环形实心板。由于不周边部分较窄的不布管区按其面积简化为圆环形实心板。由于不 布管区的存在，管板边缘的应力下降；布管区的存在，管板边缘的应力下降；c. 不同结构形式的换热器，管板边缘有不同形式的连接结构，根不同结构形式的换热器，管板边缘有不同形式的连接结构，根 据具体情况，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管板据具体情况，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管板 边缘转角的约束作用；

38、边缘转角的约束作用；d. 管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响。管板兼作法兰时，法兰力矩的作用对管板应力的影响。82二、管板设计思路二、管板设计思路1. 管板弹性分析管板弹性分析综合考虑综合考虑Ps、Pt；T；预紧法兰力矩等载荷预紧法兰力矩等载荷简化管板为弹性基础简化管板为弹性基础上的等效均质圆平板上的等效均质圆平板建立每个单独元件位移与转角建立每个单独元件位移与转角与其上的内力的关系式与其上的内力的关系式以内力为未知量的变形协调方程组以内力为未知量的变形协调方程组求得内力后，计算危险截面上应力求得内力后，计算危险截面上应力应力校核应力校核u、-N-u、-N-83管板与其相关元件的内

39、力分析图管板与其相关元件的内力分析图内力共内力共14个个84作用在封头作用在封头(管箱管箱)与管箱法兰连接处的与管箱法兰连接处的 边缘弯矩边缘弯矩 Mh、横剪力、横剪力 Hh，轴向力，轴向力 Vh管板与其相关管板与其相关 元件的内力分析图元件的内力分析图85VGVbVbVG作用在垫片上的作用在垫片上的轴向内力轴向内力 VG与作用在螺栓圆上的与作用在螺栓圆上的螺栓力螺栓力 Vb管板与其相关管板与其相关 元件的内力分析图元件的内力分析图86作用在环形的不布管区作用在环形的不布管区与壳体法兰之间即半径与壳体法兰之间即半径为为R处的处的:弯矩弯矩 MR径向力径向力 HR轴向剪力轴向剪力 VR管板与其相

40、关管板与其相关 元件的内力分析图元件的内力分析图87MfMfMfVfHf作用在管板布管区作用在管板布管区与边缘环板连接处与边缘环板连接处即半径为即半径为RtRt处的处的: :边缘弯矩边缘弯矩Mf径向剪力径向剪力Hf边缘剪力边缘剪力Vf管板与其相关管板与其相关 元件的内力分析图元件的内力分析图882. 危险工况危险工况确定危险工况的基本原则：确定危险工况的基本原则：如果不能保证换热器壳程压力如果不能保证换热器壳程压力ps与管程压力与管程压力pt在任何情况在任何情况下都能同时作用，则不允许以壳程压力和管程压力的压差下都能同时作用，则不允许以壳程压力和管程压力的压差进行管板设计。进行管板设计。如果如

41、果ps和和pt之一为负压时，则应考虑压差的危险组合。之一为负压时，则应考虑压差的危险组合。管板是否兼作法兰等不同结构，危险工况组合也不同。管板是否兼作法兰等不同结构，危险工况组合也不同。89对于固定管板换热器，管板分析时应考虑下列危险工况对于固定管板换热器，管板分析时应考虑下列危险工况:只有壳程压力只有壳程压力ps ，而管程压力，而管程压力pt=0，不计热膨胀差；，不计热膨胀差；只有管程压力只有管程压力pt ，而壳程压力，而壳程压力ps =0，不计热膨胀差；，不计热膨胀差；只有管程压力只有管程压力pt ，而壳程压力，而壳程压力ps =0，同时考虑热膨胀差。，同时考虑热膨胀差。只有壳程压力只有壳

42、程压力ps ，而管程压力，而管程压力pt=0，同时考虑热膨胀差；，同时考虑热膨胀差；903. 管板应力校核管板应力校核管板布管区应力值、管板布管区应力值、环形板的应力值、环形板的应力值、壳体法兰应力、壳体法兰应力、换热管轴向应力、换热管轴向应力、换热管与管板连接拉脱力换热管与管板连接拉脱力q需计算出的进行校核的应力：需计算出的进行校核的应力：应力分类、校核应力分类、校核在不同的危险工况组合下，计算出相应的：在不同的危险工况组合下，计算出相应的：914. 管板应力的调整管板应力的调整调整方法调整方法增加管板厚度增加管板厚度降低壳体轴向刚度，如设置膨胀节降低壳体轴向刚度，如设置膨胀节 （降低由温差

43、引起的膨胀差导致的管板应力增加）（降低由温差引起的膨胀差导致的管板应力增加）提高管板的抗弯截面模量提高管板的抗弯截面模量925. 管板设计计算软件管板设计计算软件减少繁重劳动，利用计算软件，如减少繁重劳动，利用计算软件，如SW6等。等。93三、薄管板设计三、薄管板设计主要载荷由管壁与壳壁的温度差决定，主要载荷由管壁与壳壁的温度差决定，流体压力引起的应力与挠度相对说来是不大的。流体压力引起的应力与挠度相对说来是不大的。管子的稳定性验算管子的稳定性验算公称公称直径直径300400500600700800900120014001800管板管板厚度厚度810121416表表6-3 薄管板的厚度薄管板的

44、厚度 mm94换热设备换热设备6.2.1 基本类型基本类型6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2.3 管板设计管板设计6.2.4 膨胀节设计膨胀节设计6.2.5 管束振动和防止管束振动和防止95膨胀节设计膨胀节设计一、膨胀节的作用一、膨胀节的作用二、是否设置膨胀节的判断二、是否设置膨胀节的判断96一、膨胀节的作用一、膨胀节的作用1.膨胀节的作用膨胀节的作用降低由于管束和降低由于管束和壳体间热膨胀差壳体间热膨胀差所引起的所引起的管板应管板应力力、换热管与壳、换热管与壳体上的体上的轴向应力轴向应力以及管板与换热以及管板与换热管间的管间的拉脱力拉脱力。U形膨胀节形膨胀节97膨胀节膨胀节9

45、82.膨胀节的结构形式膨胀节的结构形式a. U膨胀节膨胀节b. 膨胀节膨胀节c. 平板膨胀节平板膨胀节二、是否设置膨胀节的判断二、是否设置膨胀节的判断别忽视其他有效方法别忽视其他有效方法标准：标准：GB16749压力容器波形膨胀节压力容器波形膨胀节999 管束振动和防止管束振动和防止一、振动原因一、振动原因二、振动防止二、振动防止100一、振动原因一、振动原因1.外激振力外激振力2.流体诱导振动流体诱导振动现象现象a.纵向流体诱导振动纵向流体诱导振动b.横向流体诱导振动横向流体诱导振动旋涡脱落旋涡脱落流体弹性扰动流体弹性扰动湍流颤振湍流颤振声振动声振动射流转换射流转换101二、振动防止二、振动防止1.改变流速改变流速2.改变管子固有频率改变管子固有频率3.增设消声板增设消声板4.抑制周期性旋涡抑制周期性旋涡5.设置防冲板或导流筒设置防冲板或导流筒