第七章_换热器

第二节
管壳式换热器主要结构
一、换热器与管板的连接结构 （一）直径 单位体积传热面积增大、结构紧凑、 单位体积传热面积增大、结构紧凑、 金属耗量减少、 金属耗量减少、传热系数提高 小管径 阻力大，不便清洗， 阻力大，不便清洗，易结垢堵塞 用于较清洁的流体 大管径 粘性大或污浊的流体
（二）规格
（外径×壁厚），长度按规定决定 外径×壁厚），长度按规定决定 ），
第一节 一、定义
换热设备的应用
换热设备是一种实现物料之间热量传递的节能设备， 换热设备是一种实现物料之间热量传递的节能设备 ， 是在化工、 石油、 轻工、 食品、 动力、 制药、 是在化工 、 石油 、 轻工 、 食品 、 动力 、 制药 、 冶金 等许多工业部门中广泛应用的一种工艺设备， 等许多工业部门中广泛应用的一种工艺设备 ， 在炼 1 化工装置中换热器占设备数量的40%左右 ， 占 左右， 油 、 化工装置中换热器占设备数量的 左右 总投资的30%-45%。 总投资的 。
适用场合： 适用于壳程介质清洁， 不易结垢， 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。 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 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。
看看二维图
填料函式密封
图7-9 填料函式换热器 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。 缺点：填料处易泄漏。 缺点：填料处易泄漏。 适用场合： 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、 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。 贵重介质，使用温度受填料的物性限制。
在多程换热器中多采 用组合排列方法。 用组合排列方法。即 每一程中都采用三角 形排列法， 形排列法，而在各程 之间， 之间，为了便于安装 隔板， 隔板，则采用正方形 排列法，如图7－ 。 排列法，如图 －20。
图7-20 组合排列法
（三）结构型式
光管 换热管型式 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 螺纹管
多用光管，因为结构简单，制造容易， 多用光管，因为结构简单，制造容易， 为强化传热，也采用强化传热管。 为强化传热，也采用强化传热管。
（四）材料 由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素 由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素 合金钢、 塑料、石墨等 钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。
碳素钢 低合金钢 不锈钢 金属材料 铜 铜镍合金 铝合金 钛等 非金属材料 石墨 陶瓷 聚四氟乙烯等
图7-5 带膨胀节的固定管板式换热器
补偿圈补偿：在外壳上焊上一个补偿圈。当外壳和管子热 在外壳上焊上一个补偿圈。
胀冷缩时，补偿圈发生弹性形变，达到补偿的目的。 胀冷缩时，补偿圈发生弹性形变，达到补偿的目的。
具有补偿圈的换热器.swf
（二）浮头式换热器
1.一个大管板 一个小管板， 一个大管板， 特 1.一个大管板，一个小管板，小管板在壳体内滑动 无温差应力； 无温差应力 点 ——无温差应力； 2.管束可以抽出，清洗； 2.管束可以抽出，清洗； 管束可以抽出 3.结构复杂 浮头内漏不便检查； 结构复杂， 3.结构复杂，浮头内漏不便检查； 4.管束与壳体间隙较大 管束与壳体间隙较大——影响传热。. 影响传热。 4.管束与壳体间隙较大 影响传热
五、管壳式换热器的分类
基本类型
固定管板式换热器 浮头式换热器 U形管式换热器 形管式换热器 填料函式换热器
釜式重沸器
（一）固定管板式换热器
图7-4 固定管板式换热器
结构三维图
优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低， 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。 程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。 缺点：不易清洗壳程， 缺点：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。
3、间壁式 、
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， 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、 如管壳式换热器、板式换热器等
对于间壁式换热器， 对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为 排管、蛇管、 排管、蛇管、套管 (1)管式 管式 (2)紧凑式 紧凑式 螺旋板式、板式、 螺旋板式、板式、板 翅、伞板等 重点
(3)管壳式 管壳式
下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构
第三节 管壳式换热器分类 管壳式换热器的结构
接管法兰 管箱 容器法兰 管板 排气管 拉杆 折流板 膨胀节 定距管 换热管 壳程接管
看看二维图
图7-8 U型管式换热器 型管式换热器 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 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。 性大的物料。
那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？ 那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？
二、衡量标准 1.先进性 传热效果好，传热面积大， 传热效果好，传热面积大，流体阻力 小，材料省 合理实现所规定的工艺条 件。
2.合理性 合理性 制造、 维修方便 ， 操作简单 ， 可制造加工 ， 制造 、 维修方便， 操作简单， 可制造加工， 经济合理。 成本较低可接受 ，经济合理。 3.可靠性 可靠性 结构合理，运行安全可靠， 结构合理 ， 运行安全可靠 ， 满足操作条件 ， 强度足够，保证使用寿命。 强度足够，保证使用寿命。
管子与管板的连接
（一）强度胀接 利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部， 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， 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 达到密封紧固连接的目的。 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 ）
（b）胀管后 ）
图7-14 胀管前后示意图
胀管结束后： 胀管结束后： 胀管过程发生： 胀管过程发生： 管板孔边缘弹性回复， 管板孔边缘弹性回复， 管子端部——塑性变形； 塑性变形； 管子端部 塑性变形 管板孔边缘——弹性变形。 挤压管端并贴紧。 弹性变形。 挤压管端并贴紧。 管板孔边缘 弹性变形
第二节 按传热方式分类
换热设备分类
热流体
冷流体
1、直接接触式 、
热流体
传热效果好，但不能 传热效果好， 用于发生反应或有影 响的流体之间
冷流体
图7-1 直接接触式换热器
2、蓄热式 、பைடு நூலகம்
冷流体
热流体
温度较高的场合， 温度较高的场合， 但有交叉污染， 但有交叉污染， 温度波动大
热流体
冷流体
图7-2蓄热式换热器 蓄热式换热器
适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低 适用范围： 换热管为碳素钢， 合金钢，设计压力≤4MPa，设计温度 合金钢，设计压力 ，设计温度≤300℃，且 ℃ 无特殊要求的场合。 无特殊要求的场合。 原因：温度升高，残余应力减小，使管子与管板 原因：温度升高，残余应力减小， 间的胀接密封性能、紧固性能都下降， 间的胀接密封性能、紧固性能都下降，故设计温 度≤300℃ 。 ℃ 管板硬度大于管子硬度， 要求管板硬度大于管子硬度 要求 管板硬度大于管子硬度 ， 否则将管端退火 后再胀接。 后再胀接。 胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽 胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽 开槽 管板上的孔可以是光孔 可以增加连接强度和紧密性)。 可以增加连接强度和紧密性 。
φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管 × 、 × 和 × 无缝钢管
换热管尺寸
φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管 × 和 × 不锈钢管 标准管长1500、2000、3000、4500、6000、 、 标准管长 、 、 、 、 7500、9000、12000m等 、 、 等
换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在4 换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在4～ 25之间，常用的为6 10。立式换热器， 25之间，常用的为6～10。立式换热器，其比值多为 之间 4～ 6。
管板结构 正三角形和转角正三角形排列
流 体 流 动 方 向 流 体 流 动 方 向
正三角形排列
转角正三角形排列
7-18 正三角形排列
三角形排列紧凑，传热效果好， 三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多 10%左右 同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污 左右， 排10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污 垢少，且不需要进行机械清洗的场合 的场合。 垢少，且不需要进行机械清洗的场合。
排污口 管程接管
支座
图7-3 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(A,B,C,D ;3 ;4 ;5 ;6 ;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 膨胀节;8-壳体;9-换热管;10-排气管;11-吊耳;12-封头;13-顶丝;14;8 ;9 ;10 ;11 ;12 ;13 ;14 ;15-螺母;16 垫片;17 防冲板;18 折流板或支承板;19 定距管;20 ;16;17;18;19;20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 ;21-支座;22 排液管;23 管箱壳体;24 管程接管;25 分程隔板;26 ;22;23;24;25;26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