第三篇第七章化工技术课件.ppt

1、化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础小结小结1 1 立式容器支座：耳式支座、腿式支座、立式容器支座：耳式支座、腿式支座、支承式支座、裙座支承式支座、裙座 耳式支座的结构、选型及标记耳式支座的结构、选型及标记标准号标准号 耳座耳座 型号型号 支座号支座号 JB/4725-92 耳座耳座 AN3 材料：材料：Q235-A.F化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 卧式容器支座：双鞍式支座、圈式支卧式容器支座：双鞍式支座、圈式支座、腿式支座座、腿式支座双鞍式支座的结构、应力校核、选型及双鞍式支座的结构、应力校核、选型及标记标记 JB/T 4712-92 JB/T 4712-9

2、2 鞍座鞍座 A2600 A2600S S化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3 开孔应力集中现象及原因开孔应力集中现象及原因 容器开孔后，在孔边附近的局部地容器开孔后，在孔边附近的局部地区，应力会达到很大的数值，这种局部区，应力会达到很大的数值，这种局部的应力增长现象称为应力集中。的应力增长现象称为应力集中。以应力集中系数表示。以应力集中系数表示。原因是由于结构的连续性被破坏。原因是由于结构的连续性被破坏。具有局部性和自限性具有局部性和自限性化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础4 4 开孔补强的结构开孔补强的结构 补强圈补强、加强元件补强、整体补强补强圈补强、加强元件

3、补强、整体补强化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础5 5 开孔补强设计的等面积补强法开孔补强设计的等面积补强法 局部补强的金属面积必须等于或大于局部补强的金属面积必须等于或大于开孔所减去的壳体截面积。在于补强壳开孔所减去的壳体截面积。在于补强壳壁的平均强度。壁的平均强度。即即 A1+A2+A3A不能完全解决应力集中问题不能完全解决应力集中问题化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础6 6 容器附件容器附件 人孔和手孔的作用，常用的结构人孔和手孔的作用，常用的结构 视镜的作用视镜的作用化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础第三篇第三篇 典型化工设备的机械设计典型化工设备的

4、机械设计第七章第七章 管壳式换热器的机械设计管壳式换热器的机械设计第一节第一节 概述概述 1 1 应用应用 换热器是许多工业部门广泛应用的通用工换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备，一般在化工厂的设计中，换热器约艺设备，一般在化工厂的设计中，换热器约占总投资的占总投资的1111，它的先进性、合理性和运，它的先进性、合理性和运转可靠性将直接影响产品的质量、数量和成转可靠性将直接影响产品的质量、数量和成本。本。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 衡量换热器的标准衡量换热器的标准 衡量一台换热器好坏的标准是传热效率衡量一台换热器好坏的标准是传热效率高，流体阻力小；强度足够，结

5、构可靠；节高，流体阻力小；强度足够，结构可靠；节省材料，成本低；制造、安装、检修方便。省材料，成本低；制造、安装、检修方便。3 3 换热器发展的方向换热器发展的方向 强化传热、大型化和高效紧凑、降低阻力强化传热、大型化和高效紧凑、降低阻力及防止流体诱导振动等方面发展，种类繁多，及防止流体诱导振动等方面发展，种类繁多，新结构不断出现。新结构不断出现。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础4 4 管壳式换热器的特点管壳式换热器的特点 1 1）结构坚固处理能力大选材范围广）结构坚固处理能力大选材范围广2 2）易于制造生产成本较低清洗较方便）易于制造生产成本较低清洗较方便3 3）适应性强在高温

6、高压下也能使用）适应性强在高温高压下也能使用4 4）在传热效能紧凑性和金属消耗量方面）在传热效能紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器板翅式换热器和板壳式不及板式换热器板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先進。换热器等高效能换热器先進。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础5 5 材料选择材料选择 碳素钢和低合金钢大多用于制造中碳素钢和低合金钢大多用于制造中低压换热器。低压换热器。不锈钢主要用于不同的耐腐蚀条件不锈钢主要用于不同的耐腐蚀条件 奧氏体不锈钢可作为耐高低温的材料奧氏体不锈钢可作为耐高低温的材料 铜铝及其合金多用于制造低温换热器铜铝及其合金多用于制造低温换热器 镍合金用于高

7、温条件下。镍合金用于高温条件下。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 非金属材料除制作垫片零件外有非金属材料除制作垫片零件外有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器如石墨换热器氟塑料换热换热器如石墨换热器氟塑料换热器和玻璃换热器。器和玻璃换热器。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础一一 管壳式换热器的结构及主要零部件管壳式换热器的结构及主要零部件shell and tube heat exchanger 化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础二二 管壳式换热器的分类管壳式换热器的分类 按结构特点分为固定管板式换热器浮按结构特点分为固定

8、管板式换热器浮头式换热器型管式换热器双重管式头式换热器型管式换热器双重管式换热器填函式换热器和双管板换热器等。换热器填函式换热器和双管板换热器等。前前3 3种应用比较普遍种应用比较普遍1 1 固定管板式换热器固定管板式换热器化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础第七章图第七章图 列管换热器列管换热器.swf.swf 第七第七章图章图 固定管板固定管板.rm.rm化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础优点：优点：1 1）结构简单，造价低；）结构简单，造价低；2 2）两管板有管子互相支撑，因而在各种列管）两管板有管子互相支撑，因而在各种列管式换热器中管板最薄。式换热器中管板最薄。缺

9、点：缺点：1 1）管外清洗困难；）管外清洗困难；2 2）参与换热的两流体的温差受一定限制）参与换热的两流体的温差受一定限制,当当介质温差较大时，须设膨胀节。介质温差较大时，须设膨胀节。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础适用场合：适用场合：壳程压力不高，壳程介质清洁，不易结壳程压力不高，壳程介质清洁，不易结垢的场合。垢的场合。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 浮头式换热器浮头式换热器 第七章图第七章图 浮头式换浮头式换热器二热器二.rm.rm 化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 化化 工工 设设 备备 机机

10、 械械 基基 础础特点：特点：1 1）管壳间不产生温差应力；）管壳间不产生温差应力；2 2）管束可抽出便于清洗；）管束可抽出便于清洗；3 3）结构较复杂，金属耗量大；）结构较复杂，金属耗量大；4 4）浮头的内漏不便检查；）浮头的内漏不便检查；5 5）管、壳间隙较大，影响传热）管、壳间隙较大，影响传热 适用于管、壳温差较大，以及介质易结适用于管、壳温差较大，以及介质易结垢的场合垢的场合化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3 填函式换热器填函式换热器化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础特点：特点：1 1）管束一端可以自由膨胀，造

11、价较浮头式低）管束一端可以自由膨胀，造价较浮头式低2 2）检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现）检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现3 3）壳程内介质有外漏可能）壳程内介质有外漏可能应用：应用：可用于管、壳温差较大；壳程中不宜处理可用于管、壳温差较大；壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质易挥发、易燃、易爆、有毒的介质化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础4 U4 U型管式换热器型管式换热器第七章图第七章图UU型管式型管式.rm.rm化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础特点：特点：1 1）只有一个管板，管程至少为两程，）只有

12、一个管板，管程至少为两程，2 2）管束可抽出清洗，管子能自由膨胀，）管束可抽出清洗，管子能自由膨胀，3 3）管内不便清洗，）管内不便清洗，4 4）管板上布管少，结构不紧凑。）管板上布管少，结构不紧凑。应用：适于温差大，管内介质清洁不易应用：适于温差大，管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础5 5 其它形式管板换热器其它形式管板换热器1 1）釜式换热器）釜式换热器 有时需将壳程介质变为气相，如精馏有时需将壳程介质变为气相，如精馏用再沸器，简单废热锅炉等，需一定的用再沸器，简单废热锅炉等，需一定的分离空

13、间，壳程直径为管束直径的分离空间，壳程直径为管束直径的1.51.52.02.0倍。倍。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2）双重管式换热器）双重管式换热器化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础特点：特点：1 1）内插管与外套管之间沒有约束可）内插管与外套管之间沒有约束可自由伸缩。自由伸缩。2 2）适用于温差很大的两流体换热。）适用于温差很大的两流体换热。3 3）管程流体的阻力较大）管程流体的阻力较大4 4）设备造价较高。）设备造价较高。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3）双管板换热器）双管板换热器1 1）保

14、证壳程流体和）保证壳程流体和管程流体相互不串管程流体相互不串漏和污染。用于严漏和污染。用于严格要求参与换热的格要求参与换热的两流体不互相串漏两流体不互相串漏的場合的場合2 2）造价比固定管板）造价比固定管板式换热器高。式换热器高。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础三三 管壳式换热器机械设计内容管壳式换热器机械设计内容 首先通过化工工艺计算，确定换热器的首先通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，确定管径、管长，决定管数、传热面积，确定管径、管长，决定管数、管程数和壳程数。管程数和壳程数。然后进行机械设计。然后进行机械设计。机械设计包括：机械设计包括：化化 工工 设设 备备 机机 械

15、械 基基 础础 1 1.壳体直径、壳体壁厚的计算壳体直径、壳体壁厚的计算 2.2.换热器封头选择，压力容器法兰选择换热器封头选择，压力容器法兰选择 3.3.管板尺寸确定管板尺寸确定 4.4.管子拉脱力的计算管子拉脱力的计算 5.5.折流板的选择与计算折流板的选择与计算 6.6.温差应力计算温差应力计算 7.7.接管、接管法兰选择及开孔补强接管、接管法兰选择及开孔补强化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础第二节第二节 管子的选用及其与管板的连接管子的选用及其与管板的连接一一 管子的选用管子的选用 换热器的管子构成换热器的传热面，换热器的管子构成换热器的传热面，管子的尺寸和形状对传热有很大

16、的影响。管子的尺寸和形状对传热有很大的影响。用小直径管则单位体积换热面积大，设用小直径管则单位体积换热面积大，设备紧凑，但制造麻烦，并且小管子易结备紧凑，但制造麻烦，并且小管子易结垢，不易清洗。垢，不易清洗。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 常用无缝钢管规格（外径壁厚）见常用无缝钢管规格（外径壁厚）见P203P203表表7 71 1。长度规定为：换热管长度与公称直径之比长度规定为：换热管长度与公称直径之比一般在一般在4 42525之间，常用之间，常用6 61010，立式多为，立式多为4 46 6。长度数值见。长度数值见P203P203 换热器管子一般用光管，为强化传换，换热器管子

17、一般用光管，为强化传换，有多种结构型式管子有多种结构型式管子P P204204图图7-77-77-10 7-10 高效传热管高效传热管化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础1 1 扩大传热表面的管子扩大传热表面的管子 如翅片管、螺纹管，传热面可扩大为如翅片管、螺纹管，传热面可扩大为普通管的普通管的2 23 3倍。倍。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 促进涡流的管子促进涡流的管子 虽增加了流体虽增加了流体阻力，但传热的阻力，但传热的强化更明显强化更明显化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3 利用表面张力的管子

18、利用表面张力的管子 异形钢管，横截面形状为正弦波或锯异形钢管，横截面形状为正弦波或锯齿波形，多用在膜式蒸发器中齿波形，多用在膜式蒸发器中化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础4 4 表面多孔管表面多孔管 可增加表面上的活性发泡点，是强化沸可增加表面上的活性发泡点，是强化沸腾传热的一种方向，其沸腾给热系数为光腾传热的一种方向，其沸腾给热系数为光滑管的滑管的7 7倍。倍。利用机械加工、烧利用机械加工、烧结法、喷渡法、电化结法、喷渡法、电化学腐蚀法获得。学腐蚀法获得。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 管子材料的选择：管子材料的选择：

19、材料的选择根据压力、温度、介质材料的选择根据压力、温度、介质腐蚀性能决定，可选用碳钢、合金钢、腐蚀性能决定，可选用碳钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。铜、钛、塑料、石墨等。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础二二 管子与管板的联接管子与管板的联接 1.1.胀接：利用胀管器挤压伸入管板孔中的胀接：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，管板孔管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，当取去胀管器后，管同时产生弹性变形，当取去胀管器后，管板孔弹性收缩，板与管产生一定挤紧压力板孔弹性收缩，板与管产生一定挤紧压力.P4MPa P4MPa ；T 300T 300时

20、用时用化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2.2.焊接：焊接头结构焊接：焊接头结构 P P206206图图7 71414。热应力可能造成应力腐蚀和破裂；间隙可热应力可能造成应力腐蚀和破裂；间隙可能造成间隙腐蚀，用于能造成间隙腐蚀，用于P35MPaP35MPa化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 3.3.胀焊结合胀焊结合 高高T T高高P P，变载时，单个的联接方式不，变载时，单个的联接方式不能满足要求时采用。能满足要求时采用。抗疲劳、消除应力及间隙腐蚀。抗疲劳、消除应力及间隙腐蚀。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础第

21、三节第三节 管板结构管板结构一、管板的作用一、管板的作用1 1排布换热管排布换热管2.2.与管箱隔板配合分隔管程空间与管箱隔板配合分隔管程空间 3.3.与壳程隔板配合分隔壳程空间与壳程隔板配合分隔壳程空间 4.4.避免冷热流体混合避免冷热流体混合 二、管板的形式二、管板的形式 管板有四种常见的结构形式，即平管板有四种常见的结构形式，即平管板、薄管板、椭圆形管板及双管板。管板、薄管板、椭圆形管板及双管板。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础1 1 平管板平管板 最常见的一种管板形式最常见的一种管板形式 有兼作法兰和不兼作法兰两种有兼作法兰和不兼作法兰两种 一般由普通碳钢板、不锈钢板制造

22、，当介一般由普通碳钢板、不锈钢板制造，当介质具有腐蚀性时可用复合钢板制造。（以质具有腐蚀性时可用复合钢板制造。（以较薄的复合层抵抗腐蚀，一般为不锈钢、较薄的复合层抵抗腐蚀，一般为不锈钢、NiNi、TiTi等；以较厚的普通钢板承受介质压等；以较厚的普通钢板承受介质压力）力）化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2、薄管板、薄管板 在满足强度条件下管板越薄在满足强度条件下管板越薄,利于降低温利于降低温差应力。差应力。若将固定管板式换热管视为刚性支撑，若将固定管板式换热管视为刚性支撑，计算得到的板厚较薄，一般小于计算得到的板厚较薄，一般小于15mm.15mm.其其主要载荷由管壁和壳壁温差

23、决定。主要载荷由管壁和壳壁温差决定。优点：受力比平板好许多，因此可做得很优点：受力比平板好许多，因此可做得很薄，利于降低温差应力。薄，利于降低温差应力。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3、椭圆形管板、椭圆形管板结构：类似于椭圆形封结构：类似于椭圆形封头，即半个椭球壳，而头，即半个椭球壳，而不是椭圆形平板。是在不是椭圆形平板。是在薄管板基础上研发的新薄管板基础上研发的新型管板。单个换热管长型管板。单个换热管长短不一，设计、制造上短不一，设计、制造上要复杂于平管板。要复杂于平管板。一般用于高温差情况。一般用于高温差情况。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础4 4、双管板

24、、双管板应用于工艺条件要求绝对不允许冷热流体互应用于工艺条件要求绝对不允许冷热流体互相接触，普通管板难以满足这一条件的场合相接触，普通管板难以满足这一条件的场合 双管板保持合适间距可使弯曲应力和剪切应双管板保持合适间距可使弯曲应力和剪切应力限定在许可范围之内。力限定在许可范围之内。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 设计中一般采用平管板，椭圆形管板设计中一般采用平管板，椭圆形管板（包括蝶形管板），双管板应用于有特（包括蝶形管板），双管板应用于有特殊要求的场合，而薄管板我国一般不采殊要求的场合，而薄管板我国一般不采用用.（按（按GB151-98GB151-98设计）设计）化化 工工

25、设设 备备 机机 械械 基基 础础三、管板的结构三、管板的结构 管板的结构包括：管板上开孔的位置、管板的结构包括：管板上开孔的位置、分程隔板槽的位置、密封面的设计等。分程隔板槽的位置、密封面的设计等。开孔种类：换热管孔、拉杆孔、螺栓孔开孔种类：换热管孔、拉杆孔、螺栓孔（兼作法兰）（兼作法兰）换热管孔的位置根据排管来确定换热管孔的位置根据排管来确定化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础拉杆孔的布置：拉杆孔的布置：根据拉杆位置确定，一般均匀布置于管根据拉杆位置确定，一般均匀布置于管束的外边缘。拉杆与管板焊接时，拉杆孔束的外边缘。拉杆与管板焊接时，拉杆孔深等于孔直径；螺纹连接时，螺纹深度为深

26、等于孔直径；螺纹连接时，螺纹深度为螺纹孔直径的螺纹孔直径的1.51.5倍。倍。螺栓孔的布置：管板上螺栓孔的位置、螺栓孔的布置：管板上螺栓孔的位置、数量、直径应与相连接的法兰上开的螺栓数量、直径应与相连接的法兰上开的螺栓孔一致。孔一致。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础四四 换热管排列形式换热管排列形式 排列应在整个换热器的截面上均匀分布，排列应在整个换热器的截面上均匀分布，要考虑排列紧凑、流体的性质、结构设计要考虑排列紧凑、流体的性质、结构设计以及制造等方面的因素。以及制造等方面的因素。1 1 正三角形和转角正三角形排列正三角形和转角正三角形排列化化 工工 设设 备备 机机 械械

27、基基 础础适于壳程介质污垢少，不需机械清洗的场合适于壳程介质污垢少，不需机械清洗的场合化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 正方形和转角正方形排列正方形和转角正方形排列 可用机械方法清洗，用于管束可可用机械方法清洗，用于管束可抽出以清洗管间的场合抽出以清洗管间的场合化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3 同心圆同心圆4 4 组合排列法组合排列法化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础五五 管间距管间距 管板上两换热管中心的间距，管间距管板上两换热管中心的间距，管间距的确定需考虑：的确定需考虑：1 1）管板强度）管板强度 2 2）清洗管外所需空隙）清洗管外所需

28、空隙 3 3）管在管板上的固定方法）管在管板上的固定方法 换热管中心间距不小于换热管中心间距不小于1.251.25倍的换热倍的换热管外径。管间距应符合管外径。管间距应符合P208P208表表7-57-5。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 布管范围：应排布在布管限定圆内，布管范围：应排布在布管限定圆内，即最外层换热管表面至管板中心距不得即最外层换热管表面至管板中心距不得超过布管限定圆半径。超过布管限定圆半径。一般要求最外层换热管中心至壳体内一般要求最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于（换热管外径的一表面的距离不应小于（换热管外径的一半半1010）mmmm化化 工工 设设 备备

29、 机机 械械 基基 础础六六 管板受力及其设计方法简介管板受力及其设计方法简介1 1 影响管板应力大小的因素：影响管板应力大小的因素：1 1）管板自身的直径、厚度、材料强度、）管板自身的直径、厚度、材料强度、使用温度等使用温度等2 2）管束对管板的支承作用。）管束对管板的支承作用。列管起弹性基础的作用列管起弹性基础的作用3 3）管孔对管板强度和刚度的影响）管孔对管板强度和刚度的影响化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础4 4）管板周边支承形式的影响）管板周边支承形式的影响5 5）温度对管板的影响）温度对管板的影响6 6）其它：如兼作法兰时，拧紧螺栓产生）其它：如兼作法兰时，拧紧螺栓产生

30、的附加弯矩、折流板间距、最大压力作用的附加弯矩、折流板间距、最大压力作用位置位置化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 管板厚度设计方法简介管板厚度设计方法简介1 1）将管板当作受均布载荷的实心圆板）将管板当作受均布载荷的实心圆板 按弹性理论得到圆平板最大弯曲应力，按弹性理论得到圆平板最大弯曲应力，加适当修正系数考虑管板开孔削弱和管束加适当修正系数考虑管板开孔削弱和管束的实际支承作用。的实际支承作用。是半经验公式是半经验公式化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2）将管板看作放置在弹性基础上的圆平）将管板看作放置在弹性基础上的圆平板板 管束作为弹性支承，根据载荷大小、

31、管管束作为弹性支承，根据载荷大小、管束刚度及周边支承情况来确定管板的弯曲束刚度及周边支承情况来确定管板的弯曲应力。应力。计算复杂，较精确。计算复杂，较精确。我国管壳式换热器（我国管壳式换热器（GB151-1999GB151-1999）采用此法。采用此法。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3）菱形面积）菱形面积 取管板上相邻四根管子间的菱形面积，取管板上相邻四根管子间的菱形面积，按弹性理论求此面积在均布载荷作用下的按弹性理论求此面积在均布载荷作用下的最大弯曲应力。可粗算。最大弯曲应力。可粗算。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础七七 管程的分程及管板与隔板的连接管程的分

32、程及管板与隔板的连接1 1 管程分程的作用管程分程的作用 增加管程流速，提高传热效果增加管程流速，提高传热效果 管束分程，使流体依次流过各程管子，管束分程，使流体依次流过各程管子，配合有分程隔板。配合有分程隔板。壳程：壳程分程不常见，多用折流板壳程：壳程分程不常见，多用折流板起分程隔板作用。起分程隔板作用。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2管程的布置管程的布置 分程数量为分程数量为偶数，管程数偶数，管程数一般有一般有1 1，2 2，4 4，6 6，8 8，1010，1212等七种，分程等七种，分程方法见方法见P210P210表表7-67-6化化 工工 设设 备备 机机 械械

33、基基 础础3 3 管程布置的要求管程布置的要求1 1）各程换热管数应大致相等）各程换热管数应大致相等2 2）相邻程间平均壁温差不超过）相邻程间平均壁温差不超过28283 3）各程间的密封长度应最短各程间的密封长度应最短4 4）分程隔板的形状应简单）分程隔板的形状应简单化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础4 4 分程隔板的类型及其与管板的密封分程隔板的类型及其与管板的密封 分程隔板有单层和双层两种，其结分程隔板有单层和双层两种，其结构及密封方式见构及密封方式见P211P211图图7-197-19、7-207-20化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础八八 管板与壳体的连接结构管

34、板与壳体的连接结构 分为可拆式和不可拆式两大类。固定分为可拆式和不可拆式两大类。固定管板式换热器的管板和壳体间采用不可拆管板式换热器的管板和壳体间采用不可拆的焊接连接，而浮头式、的焊接连接，而浮头式、U U型管式和填函型管式和填函式采用可拆连接式采用可拆连接1 1 固定管板式换热器管板与壳体的连接固定管板式换热器管板与壳体的连接1 1）管板兼作法兰管板兼作法兰化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2）管板不兼作法兰）管板不兼作法兰化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 浮头式、浮头式、U U型管式及填料函式换热器固型管式及

35、填料函式换热器固定端管板与壳体的连接定端管板与壳体的连接可拆连接可拆连接化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3密封面的设计：密封面的设计：管板密封面的形式应与之相配合的法管板密封面的形式应与之相配合的法兰密封面相配，其常设计为带有凸肩的兰密封面相配，其常设计为带有凸肩的结构，以减少密封面的加工面积，节省结构，以减少密封面的加工面积，节省工时。工时。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础小结小结1 1 管壳式换热器的特点及结构（图）管壳式换热器的特点及结构（图）结构简单坚固，易于制造成本低，处理能结构简单坚固，易于制造成本低，处理能力大，适应性强力大，适应性强2 2 管壳式

36、换热器的分类及特点管壳式换热器的分类及特点 固定管板式、浮头式、固定管板式、浮头式、U U型管式、填料函型管式、填料函式式化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3 管子的选用及高效传热管管子的选用及高效传热管 按规格选用按规格选用4 4 管子与管板的联结：胀接、焊接管子与管板的联结：胀接、焊接5 5 管板的作用及结构管板的作用及结构排管、分隔管程和壳程、避免冷热流体排管、分隔管程和壳程、避免冷热流体混合混合开孔位置、分程隔板槽位置、密封面设开孔位置、分程隔板槽位置、密封面设计计化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础6 6 换热管的排列方式换热管的排列方式三角、正方、同心圆、

37、组合三角、正方、同心圆、组合7 7 管板设计方法：国标采用的方法是将管管板设计方法：国标采用的方法是将管板看作放置在弹性基础上的圆平板板看作放置在弹性基础上的圆平板8 8 管程的分程作用：增加管程流速，提高管程的分程作用：增加管程流速，提高传热效果，为偶数传热效果，为偶数9 9 管板与壳体连接结构：可拆与不可拆管板与壳体连接结构：可拆与不可拆化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础第四节第四节 折流板、支承板、旁路挡板和拦折流板、支承板、旁路挡板和拦液板的作用及结构液板的作用及结构一一 折流板及支承板折流板及支承板1 1 作用作用 延长壳程介质的流道长度，提高壳程延长壳程介质的流道长度，

38、提高壳程内流体的流速，加强湍流程度，以提高内流体的流速，加强湍流程度，以提高传热效率。同时便于安装和防止管子变传热效率。同时便于安装和防止管子变形过大。形过大。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 结构结构 横向和纵向两种。横向和纵向两种。常用形式有弓形、圆盘圆环形和带扇常用形式有弓形、圆盘圆环形和带扇形切口三种。弓形折流板较普遍。形切口三种。弓形折流板较普遍。（1 1）弓形：）弓形：分为单弓和多弓，多弓用于壳体直径较分为单弓和多弓，多弓用于壳体直径较大，须减少流体阻力，避免形成死区的情大，须减少流体阻力，避免形成死区的情形。形。第七章图第七章图 弓形挡板弓形挡板(圆缺形挡板圆

39、缺形挡板).rm).rm化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 最小板厚、最大间距、外径见最小板厚、最大间距、外径见P213-214表表7-77-9第七章图第七章图双弓双弓双圆缺双圆缺形挡板形挡板.rm化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础（2 2）圆盘）圆盘-圆环形：圆环形：第七章图第七章图 盘环式挡盘环式挡板板.rm.rm 用于大直径筒体，减少流体阻力，避免用于大直径筒体，减少流体阻力，避免形成死区。形成死区。（3 3）带扇形缺口的折流板）带扇形缺口的折流板化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3 固定方式固定方式

40、通过拉杆和定距管来实现，通过拉杆和定距管来实现，P215P215图图7-267-26。拉杆直径和数量见拉杆直径和数量见P215P215表表7-107-10化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，以便于较好地固定折流板。以便于较好地固定折流板。对于大直径的换热器，在布管区内或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量的拉杆靠近折流板缺口处应布置适量的拉杆 任何折流板应不少于三个支撑点任何折流板应不少于三个支撑点。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础二二 旁路挡板旁路挡板 作用作用:防止流体短路，

41、迫使壳程流体防止流体短路，迫使壳程流体通过管束进行热交换。通过管束进行热交换。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础三三 拦液板拦液板 立式换热器中，为减薄管壁液膜而提高传立式换热器中，为减薄管壁液膜而提高传热膜系数热膜系数化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础第五节第五节 温差应力温差应力一一 管壁与壳壁温度差引起的温差应力管壁与壳壁温度差引起的温差应力 固定管板式换热器的壳体与管子，在固定管板式换热器的壳体与管子，在安装温度下的长度为安装温度下的长度为L L，操作时，温度升，操作时，温度升高，壳体管子的自由伸长量分别为：高，壳体管子的自由伸长量分别为：LttLttssstt

42、t00 化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础(1)tttFLEA(2)sssFLEA 若变形量不超过弹性范围，按虎克定若变形量不超过弹性范围，按虎克定律，管子被压缩的量为：律，管子被压缩的量为：壳体被拉伸的量为：壳体被拉伸的量为：化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础（1 1）+（2 2）得）得 00tsttsstttsssFLFLEAEAttLttL 化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 ssttssttAEAEttttF 1100 解得管子或壳体中的温差轴向力为：解得管子或壳体中的温差轴向力为：若管壳的材料一致，则若

43、管壳的材料一致，则 tststsEttAAFAA 化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础相应的温差应力为：相应的温差应力为：ttAF ssAF 分析：分析：1 1）热应力与管长无关）热应力与管长无关2 2）较大的热应力产生在具有较小横截面尺寸）较大的热应力产生在具有较小横截面尺寸的构件上。的构件上。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础二二 管子拉脱力的计算管子拉脱力的计算 拉脱力定义：管子每平方米胀接周边拉脱力定义：管子每平方米胀接周边上所受到的力，单位上所受到的力，单位PaPa。1 1 操作压力下操作压力下 每平方米胀接周边所受到的力每平方米胀接周边所受到的力q qp p：

44、popfqd l 化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础220.8664ofad 管子成三角形排列时管子成三角形排列时224ofad 管子成正方形排列时，管子成正方形排列时，化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 温差应力作用下温差应力作用下 管子每平方米胀接周边所产生的力管子每平方米胀接周边所产生的力q qt t 224toitttooddaqd ld l l 3 3 管子拉脱力管子拉脱力同方向时，同方向时，qqp+qt不同方向时，不同方向时，qqt-qp,方向同较大者方向同较大者要求要求q q，q值见值见P218P218表表7-117-11例：例：P218 7-1P2

45、18 7-1化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础已知条件见已知条件见P218P2181 1）操作压力下，每平方米胀接周边所产）操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力生的力q qP P0ppfqd l 1.6pMPa 设计压力设计压力29lmm 胀接长度胀接长度0d25mm 管外径管外径化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础正三角形排管正三角形排管2202220.86640.866 32253964fadmm 01.6 3960.2825 29ppfqMPad l 代入公式得代入公式得化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2）温差应力作用下，管子每平方米胀接温差应力

46、作用下，管子每平方米胀接周边所产生的力周边所产生的力q qt t 224toitttooddaqd ld l 管壳的线膨胀系数和弹性模量一致管壳的线膨胀系数和弹性模量一致 1tsttsEttAA 化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础22202()88500415200tisAddnmmADmm 中中代入热应力计算公式得代入热应力计算公式得36.3MPat 222236.325202.8244 25 29toitoddqMPad l 化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础 0.272.823.094.0ptqqqMPaqqMPa qt与与qp作用方向相同，则作用方向相同，则在许

47、用范围在许用范围化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础三三 温差应力的补偿温差应力的补偿 消除的主要方法是解决壳体与管消除的主要方法是解决壳体与管束膨胀的不一致性，或消除壳体与管束膨胀的不一致性，或消除壳体与管子间的刚性约束使壳体和管子都自由子间的刚性约束使壳体和管子都自由膨胀和收缩膨胀和收缩1 1 减少壳体与管束间的温度差减少壳体与管束间的温度差化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 装设挠性构件装设挠性构件 利用膨胀节的弹性变形补偿壳体与管利用膨胀节的弹性变形补偿壳体与管束膨胀的不一致性，部分减小热应力束膨胀的不一致性，部分减小热应力3 3 使壳体和管束自由热膨胀使壳

48、体和管束自由热膨胀 可完全消除热应力可完全消除热应力化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础1 1）填料函式换热器）填料函式换热器2 2）浮头式换热器）浮头式换热器化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础4 4 双套管温度补偿双套管温度补偿化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础四四 膨胀节的结构及设置膨胀节的结构及设置1 1 膨胀节的结构型式膨胀节的结构型式 安装在固定管板式换热器上进行膨胀变形安装在固定管板式换热器上进行膨胀变形差补偿，减小热应力。差补偿，减小热应力。化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础2 2 必须设

49、置膨胀节的条件必须设置膨胀节的条件满足以下条件之一者，必须设置膨胀节：满足以下条件之一者，必须设置膨胀节：ttt22)2)0s sB 3 3）且且 qq 4 4）tss21)1)化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础12ssFFA 13ttFFA 管子与壳体中应力的计算如下：管子与壳体中应力的计算如下：F1管子和壳体之间因温差产生的轴向力管子和壳体之间因温差产生的轴向力 00111ttssttssttttFEAEA （N N）化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3ttssttQ AEFEAEA 2ssssttQA EFEAEA F2壳程和管程压力作用于壳体上的轴向力壳程和管程

50、压力作用于壳体上的轴向力F3壳程和管程压力作用于管子上的轴向力壳程和管程压力作用于管子上的轴向力 22224iosottQDndpn dp 其中其中化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础3 3 膨胀节的选用及设置膨胀节的选用及设置 材料和尺寸按材料和尺寸按GB16749-1997GB16749-1997压力容压力容器波形膨胀节标准选用。器波形膨胀节标准选用。00tcttsslttttL换热器所需热变形补偿量换热器所需热变形补偿量 tclL 若若设一个膨胀节设一个膨胀节 tclL 若若设多个膨胀节设多个膨胀节 L 允许补偿量允许补偿量化化 工工 设设 备备 机机 械械 基基 础础第六节第