列管式换热器的机械设计课件.ppt
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1、第七章 换热器的机械设计o 第一节 概述o 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%。o 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、结构可靠、节省材料、成本低、制造、安装、检修方便。换热器的基本类型换热器的基本类型按传热方式或工作原理分类按传热方式或工作原理分类1、直接接触式、直接接触式传热效果好,但不能传热效果好,但不能用于发生反应或有影用于发生反应或有影响的流体之间响的流体之间直接接触式换热器直接接触式换热器热流体热流体冷流体冷流体热流体热流体冷流体冷流体2、蓄热式、蓄热式温度较高的场合,温度较高的场合,但有交叉污染,但
2、有交叉污染,温度波动大温度波动大蓄热式换热器蓄热式换热器冷流体冷流体冷流体冷流体热流体热流体热流体热流体3、间壁式、间壁式重点重点又称表面式换热器又称表面式换热器利用间壁(固体壁面)进行热交换。利用间壁(固体壁面)进行热交换。冷热两种流体隔开,互不接触,热量冷热两种流体隔开,互不接触,热量由热流体通过间壁传递给冷流体。由热流体通过间壁传递给冷流体。应用最为广泛,形式多种多样,应用最为广泛,形式多种多样,如管壳式换热器、板式换热器等如管壳式换热器、板式换热器等对于间壁式换热器,按间壁形状进一步分为对于间壁式换热器,按间壁形状进一步分为(3)管壳式管壳式(1)管式管式(2)紧凑式紧凑式螺旋板式、板
3、式、板螺旋板式、板式、板翅、伞板等翅、伞板等排管、蛇管、套管排管、蛇管、套管重点重点下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构管壳式换热器管壳式换热器 一、管壳式换热器的结构及主要零部件接管法兰管箱容器法兰排气管膨胀节管板拉杆定距管折流板换热管壳程接管支座排污口管程接管管壳式换热器的结构:固定管板式固定管板式换热器换热器浮头式浮头式换热器换热器U形管式换热器形管式换热器填料函式填料函式换热器换热器基本类型基本类型二、管壳式换热器的分类固定管板式换热器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高的场合。1.固定管板式换热器优点:
4、优点:结构简单、紧凑、能承受较高的压力,造价低,管结构简单、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。程清洗方便,管子损坏时易于堵管或更换。缺点:缺点:不易清洗壳程,壳体和管束中可能产生较大的不易清洗壳程,壳体和管束中可能产生较大的热应力。热应力。图图7-2固定管板式换热器固定管板式换热器为减少热应力,通常在固定管板式换热器中设置柔性元为减少热应力,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。件(如膨胀节、挠性管板等),来吸收热膨胀差。图图7-3带膨胀节的固定管板式换热器带膨胀节的固定管板式换热器图7-2 固定管板式换热器图7-3
5、 带补偿器的固定管板式换热器适用场合:适用场合:适用于壳程介质清洁,不易结垢,管程需清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。洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。2浮头式换热器o 这类换热器,一端管板是固定的,另一端管板可在壳体内移动,管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出,便于清洗。但这类换热器结构较复杂,金属耗量较大。浮头处如发生内漏时不便检查。管束与壳体间隙较大,影响传热。浮头式浮头式换热器换热器优点:优点:管内和管间清洗方便,不会产生热应力。管内和管间清洗方便,不会产生热应力。缺点:缺点:结构复杂,设备笨重,造价高,浮头端小盖在结
6、构复杂,设备笨重,造价高,浮头端小盖在 操作中无法检查,影响传热。操作中无法检查,影响传热。适用场合:适用场合:壳体和管束之间壁温相差较大,或介质易壳体和管束之间壁温相差较大,或介质易 结垢的场合。结垢的场合。图图7-4浮头式换热器浮头式换热器图7-4 浮头式换热器3.U型管式换热器o U型管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合,尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。U形管式换热器形管式换热器U形管式换热器形管式换热器动画动画U型管式换热器的二维图1.只有一个管板,结构简单;2.管子可以抽出,管间易清洗;3.管子可以自由膨胀;4.管内不便清洗,不易更换;5.结构不紧凑。U形
7、管式换热器形管式换热器优点:优点:结构简单,加工制造方便,造价低,管内和管间清洗方便。结构简单,加工制造方便,造价低,管内和管间清洗方便。缺点:缺点:填料处易泄漏。填料处易泄漏。适用场合:适用场合:4MPa 4MPa 以下,且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及以下,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。贵重介质,使用温度受填料的物性限制。填料函式密封填料函式密封4.填料函式换热器填料函式换热器三、管壳式换热器机械设计内容o 设计一个比较完善的换热器,除了能满足传热方面的要求外,还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安
8、全等要求。管壳式换热器的设计,首先根据化工生产工艺条件的要求,通过化工工艺计算,确定换热器的传热面积,同时选择管径、管长,决定管数、管程数和壳程数,然后讲行机械设计。第二节 管子的选用及其与管板的连接o 一、管子的选用o 换热器的管子构成换热器的传热面积,管子的形状对传热和换热器的设计有很大的影响。o 我国管壳式换热器常用无缝钢管规格长度为:o1500mm、2000mm、2500mm、3000mm、4500mm、5000mm、6000mm、7500mm、9000mm、12000mm、碳钢低合金钢 19x2.5 25x2,5 32x3 38x3不锈钢 19x2 25x2 32x2.5 38x2.
9、5 换热器的管子一般都用光管。为了强化传热出现了多种结构形式异形管二、管子与管板的连接o 1.胀接:利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部,使管子发生塑性变形,管板孔同时产生弹性变形,当取出胀管器后管板与管子就产生一定的挤紧压力,达到密封紧固连接的目的。o 2.焊接:在高压高温条件下,连接能保持连接的紧密性。o 3.胀焊结合管子与管板的连接管子与管板的连接(一)胀接(一)胀接 利用胀管器挤压伸入管板孔中的利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部管子端部,使管端发生,使管端发生塑性塑性变形变形,管板孔边缘管板孔边缘同时产生同时产生弹性变形弹性变形,取去胀管器后,管板,取去胀管器后,管板边缘弹性恢复与管
10、子产生一定的挤压力,贴在一起达到密封边缘弹性恢复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。紧固连接的目的。(a)胀管前)胀管前(b)胀管后)胀管后优点:工艺简单方便;优点:工艺简单方便;消除间隙消除间隙避免间隙腐蚀。缺点:温度升高时,管端会发生松弛缺点:温度升高时,管端会发生松弛 泄漏。适用范围:适用范围:换热管为碳素钢,管板为碳素钢换热管为碳素钢,管板为碳素钢或低合金钢,设计压力或低合金钢,设计压力4MPa,设计温度,设计温度300,且无特殊要求的场合。,且无特殊要求的场合。原因:原因:温度升高,残余应力减小,使管子与管板温度升高,残余应力减小,使管子与管板间的胀接密封性能、紧
11、固性能都下降,故设计温间的胀接密封性能、紧固性能都下降,故设计温度度300。保证紧密性的方法保证紧密性的方法: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。(二)焊接(二)焊接 优点:优点:在高温高压条件下,在高温高压条件下,焊接连接能保持连接的紧密焊接连接能保持连接的紧密性,管板加工要求可降低,性,管板加工要求可降低,节省孔的加工工时,工艺较节省孔的加工工时,工艺较胀接简单,压力较低时可使胀接简单,压力较低时可使用较薄的管板。用较薄的管板。缺点:缺点:在焊接接头处产生的在焊接接头处产生的热应力可能造成热应力可能造成应
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