管壳式热交换器设计常见问题浅析PPT详细介绍课件
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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: ห้องสมุดไป่ตู้)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。
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。
管壳式热交换器 设计常见问题浅析
主要内容
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
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
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℃。
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。
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。
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。
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;
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。
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:
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)。