管壳式换热器机械设计A

1 列管式换热器的主要结构：
第七章 管壳式换热器
横 向 壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板 纵 向
1 列管式换热器的主要结构：
第七章 管壳式换热器
2 列管式换热器的工作原理：
第七章 管壳式换热器
T1
t0（ 环 境 ）
Tw
T
tw
t
t1
t2
T2
列管式
列管式换热器
一、管壳式换热器的分类
第七章 管壳式换热器
一、管壳式换热器的分类
1、固定管板式换热器
第七章 管壳式换热器
固定管板式换热器
带膨胀节的固定管板式换热器
膨胀节的作用：减少热应力，吸收热膨胀差。
一、管壳式换热器的分类
第七章 管壳式换热器
补偿圈补偿-----固定管板式换热器
当壳体和管子之间的温差较大(60∽70℃ )且壳体承 受压力不太高时，可采用补偿圈（膨胀节）。
填料函式密封
填料函式换热器
列管式换热
器
优点
缺点
种类
固定管板式
结构较 对其它 最薄。
简 列
单， 管式
造 换
价 热
较低 器其
， 管
相 板
管外清洗困难； 管壳间有温差应力存在； 当两种介质温差较大时必须 设置膨胀节。
一端管板固定，另一端管板 结构较复杂，金属耗量较大；
浮头式
可在壳体内移动；管壳间不 浮头处发生内漏时不便检查； 产 生 温 差 应 力 ； 管 束 可 抽 出 ，管束与管体间隙较大 ，影响传
固定管板式换热器
从结构上分
浮头式换热器 U形管式换热器
填料函式换热器
一、管壳式换热器的分类
第七章 管壳式换热器
1、固定管板式换热器
1）、结构特点：两块管板均与壳体相焊接（加入了热补偿 原件——膨胀节）。 2）、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。 3)、优点：结构比较简单，造价较低。 4）、缺点：管外清洗困难，管、壳间有温差应力。
1、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。
（a）胀管前
（b）胀管后
胀管前后示意图
第二节 管子的选用及其与管扳的连接
二、管子与管板的连接 1、胀接
适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢， 设计压力≤4MPa，设计温度≤300℃，管外径＞14mm且无特 殊要求的场合。
三、管壳式换热器机械设计内容
第七章 管壳式换热器
设计一个比较完善的换热器，除满足传热方面的要求，还应该是传
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
和操作安全等。 管壳式换热器的设计，首先根据生产工艺条件确定换热
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
（2）根据不同的目的，换热器可以是热交换器、加热器、 冷却器、蒸发器、冷凝器等。
（3）衡量一台换热器好坏的标准：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。
（4）任何一种换热器不可能十全十美。
第一节 概论
第七章 管壳式换热器
概述：
板式换热器传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力 大、强度和刚度差，制造、维修困难。
进行机械设计。
①壳体直径的决定和壳体壁厚的计算；
②换热器封头选择，压力容器法兰选择； ③管板尺寸确定；
④管子拉脱力的计算；
⑤折流板的选择与计算；
⑥温差应力计算。
此外还应考虑接管、接管法兰选择及开孔补强等。
第七章 管壳式换热器
第二节 管子的选用及其与管扳的连接
1、换热管的尺寸、规格及材料
第七章 管壳式换热器
便于清洗。
热。
管束一端可自由膨胀；造价 壳程内介质有外漏的可能； 填料函式 比浮头式低；检修、清洗容 壳程中不宜处理易挥发、易燃、
易 ； 填 函 处 泄 漏 能 及 时 发 现 。易爆、有毒的介质。
U型管式
只有一个管板 两程； 管束可以抽出 自由膨胀。
； 清
管 洗
程至 ；管
少 子
为 可
管内不便清洗； 管板上布管少，结构不紧凑， 管外介质易短路，影响传热效 果； 内层管子损坏后不易更换。
列管式换热器虽在传热效率、紧凑性、金属消耗量等 方面均不如板式换热器，但其结构坚固、可靠程度高、适 应性强、材料范围广。
第七章 管壳式换热器
一、管壳式换热器的结构及主要零部件
管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包 起来，形成两个独立的空间：管内通道及与其相贯通的管箱，称为 管程空间；换热管外的通道及与其贯通的部分，称为壳程空间。
要求：管板硬度>管子 硬度，否则将管端退火后 再胀接。
液压胀管器
二、管子与管板的连接
第二节 管子的选用及其与管扳的连接
第二节 管子的选用及其与管扳的连接
一般对清洁流体用小直径管子，粘性较大的或污染的流体采用 大直径管子。
我国管壳式换热器常用换热管为：
长度规格：1、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、 9.0、12.0m，
第二节 管子的选用及其与管扳的连接
二、管子与管板的连接
管子与管板的连接方法有：胀接、焊接、胀焊接结合等。
U型管式换热器结构图
3、U形管式换热器
第七章 管壳式换热器
2）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。
U型管式换热管箱器 结构图
U型换热管结构图
一、管壳式换热器的分类
第七章 管壳式换热器
4、填料函式换热器
1）、结构特点：该换热器的结构与浮头式换热器的结构相似， 只是浮头伸到了壳体外，浮头与壳体之间采取填料函密封。
第七章 管壳式换热器
第一节 概论 第二节 管子的选用及管板的连接 第三节 管板结构 第四节 折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用 第五节 温差应力 第六节 管箱与壳程接管 第七节 管壳式换热器的机械设计举例
第一节 概论
第七章 管壳式换热器
概述：
（1）换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。 在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11％～ 40％ 。
2、浮头式换热器
第七章 管壳式换热器
结构特点：管板一为固定，一可在壳体内移动。
优点：管、壳间没有温差应力，便于清洗。
缺点：结构胶复杂，金属耗量较大，内漏不便检查，管
束与壳体间隙较大，影响传热。
Байду номын сангаас
浮头式换热器
一、管壳式换热器的分类
3、U形管式换热器
第七章 管壳式换热器
结构特点 只有一块管板，结构简单，换热管呈U形