管壳式热交换器设计常见问题浅析PPT详细介绍课件

1）设计所依据的主要标准和规范； 2）操作参数（包括工作压力、工作温度范围、液位高度、接管载荷以 及疲劳工况等）； 3）使用地及其自然条件（包括环境温度、抗震设防烈度、风和雪载荷 等）； 4）介质组分与特性； 5）预期使用年限； 6）几何参数和管口方位； 7）钢制管束等级； 8）设计需要的其他必要条件（如管道外推力等）。
三项中有一项不能满足强度条件时,就需设置膨胀节。
一、不同结构型式换热器特点
●浮头式换热器
浮头式换热器的型式见下图：
浮头式换热器的主要特点如下： a)可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗， 适用于壳程易结焦及堵塞的工况； b)一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场 合； c)浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难 采取措施； d)压力试验时的试压胎具复杂。 浮头式换热器使用压力和温度的限制：用于炼油行业中较多，其内浮头结构限制了使用压 力和温度,故一般情况其使用限制为Pmax≤6.4 MPa; Tmax≤400℃。
一、不同结构型式换热器特点
由于固定管板式换热器的换热管、管板和壳体焊在一起,故换热管与壳体 间的金属壁温差（实际是管、壳间的热膨胀差）引起的温差应力是其致命 的弱点,也是设计中的控制因素。
因为在固定管板换热器的管板计算中，按有温差的各种工况校核以下应 力和力:
① 壳体轴向应力σc, ② 换热管轴向应力σt, ③ 换热管与管板之间连接拉脱力q
管壳式热交换器 设计常见问题浅析
主要内容பைடு நூலகம்
管壳式热交换器是工业中应用最为广泛的一种换热 器，而设计是其质量保证的首要环节，故提高换热器的 设计质量，对于行业发展来说至关重要。
针对管壳式热交换器设计过程中，以下五个方面的 常见问题及注意事项，在此与在座各位同仁进行交流和 探讨。
一、不同结构型式换热器特点
一、不同结构型式换热器特点
●填料函式换热器
填料函式换热器的型式见下图：
填料函式换热器是另一种浮头式换热器，它的浮动端采用填料密封浮动管板 （裙）可在填料函内填料的压力下，自由滑动，以补偿换热管与壳体的膨胀差 量。
这类结构直径不能太大，压力一般不高于2.5 MPa，且不能用于贵重介质及 危害介质，当介质危害不是太大时，也可以采用双填函密封加以弥补，之所以 有使用是因其解决温差应力的成本较低。
二、管壳式换热器设计参数确定
三、管壳式换热器材料选取
四、管壳式换热器结构设计
五、管壳式换热器强度计算
一、不同结构型式换热器特点
●固定管板式换热器
固定管板式换热器的型式见下图：
固定管板式换热器的主要特点： 结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。 其适用于： a)管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差 ，GB16749《压力容器波形膨胀节》中规定设计压力不大于6.4 MPa ）； b)管、壳程温差不大，而压力较高的场合； c)壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合 ； d)布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换 ，故设备运行周期短。
一、不同结构型式换热器特点
●U形管式换热器
U形管式换热器的型式见下图：
它是在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器,特点如下： a）以U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差； b）只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏点少； c）可以进行抽芯清洗（管程走清洁流体），便于清洗换热管外壁； d）由于弯管Rmim的限制，分程间距宽，故比固定管板换热器排管略少。 e）管程流速太高时，将会对U形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命。 f）换热管泄漏时，除外圈U形管外，不能更换，只能堵管。
一、不同结构型式换热器特点
●釜式重沸器
釜式重沸器的型式见下图：
釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束（管头试压时，要另配试压壳体），壳 程为单（或双）斜锥具有蒸发空间的壳体，一般为管程介质加热壳程介质，故管 程的温度和压力比壳体的高，但设计压力一般不大于6.4Mpa。适用于：
a)管、壳程温差大的场合； b)一般管程压力比壳程高，可采用T翅或表面多孔强化传热管。
参照GB/T151-2014附录B中B3.4 结构参数（P115）
二、管壳式换热器设计参数确定
注意：
固定管板式换热器的计算，在SW6程序中需要输入沿筒体长度 平均温差和换热管沿长度平均温差，这两项为金属壁温。
设计院做工艺计算时会有很详细的计算过程，这两个数据并不难 得到，但对于一般的制造厂，并不具备工艺计算的能力，所以，我 们常采用GB/T151附录B中给出的金属壁温计算方法。
GB/T151-2014给出了管壳式热交换器数据表（表B.1）P116。 设计条件应由委托方以正式书面形式提出，并应有条件提出方的签署。
二、管壳式换热器设计参数确定
B、机械设计条件
经工艺专业传热计算和管壳程压力降计算后，确定了换热器型式、换 热面积、换热管管径、管壳程数、折流板形式/块数/缺口布置及切割比例 等，交由机械设计专业完成其详细设计。故机械设计是为了保证实现工艺 计算中的传热和压降的一种手段。机械设计条件至少包含以下内容：
二、管壳式换热器设计参数确定
1、设计条件 2、设计压力和设计温度 3、腐蚀裕量 4、焊接接头系数 5、设计寿命 6、试验压力 7、类别划分
二、管壳式换热器设计参数确定
1、设计条件
管壳式热交换器的设计过程：工艺计算—设备选型—机械设计（材料选择、
强度计算、结构设计等）。
A、工艺设计条件
工艺设计在换热器中占有主导地位，工艺设计条件至少包含以下内容： 1、操作数据，包括介质、流量、温度、压力、热负荷等； 2、物性数据，包括密度、比热、粘度、导热系数等； 3、允许阻力降； 4、其他：如操作弹性、工况、安装要求（几何尺寸、管口方位）等；
但采用该方法时，需要管壳程两侧流体相关的物性参数，如对流 传热系数，污垢系数等数据，但往往因用户提供的数据有限，用公 式计算会遇到很大的麻烦。