典型化工设备设计-换热器结构
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•粘性大或污浊的流 体
•（二）规格
•（外径×壁厚），长度按规定决定
•φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管
•换热管尺寸 φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管
•标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等
• 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，其比值多为4～6。
•管壳式换热器的结构：
•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
•填料函式换热器
•（一）固定管板式换热器
•带补偿 器
•无补偿 器
•固定管板换热器——
•
分为带补偿器和不带补偿器两种。
•图7-2 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，管
•6）温差应力计算。
•课堂提问
•说出换热器类型 •固定管板式换热 器
•U形管式换热器
•填料函式换热器
•浮头式换热器
•第二节 管板式换热器换热管的选用及其与管 板的连接
•（一）直径
•小管 径
•单位体积传热面积增大、结构紧凑 、 •金属耗量减少、传热系数提高
•阻力大，不便清洗，易结垢堵塞
•大管径
•用于较清洁的流体
•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。
•特点 ：
•图7-7 U型管式换热器
Biblioteka Baidu
•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。
•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
•填料函式密封
• 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。 ••缺点：填料处易泄漏。
• 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。
•U形管式换热器
•U形管式换热器
•动画
•（四）U形管式换热 器
U型管式换热器的二维图
•那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？
•1.先进性 •传热效率高，流体阻力小，材料省
•2.合理性
•可制造加工，成本可接受
•3.可靠性 •满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿 命
•冷却器（cooler）
•冷凝器（condenser）
•加热器（一般不发生相变）（heater ） •蒸发器（发生相变）（evaporator）
•换热管型式
•光管
•翅片管（在给热系数低侧）
•再沸器（reboiler）
•废热锅炉（waste heat boiler）
四、换热器的基本类型
•按传热方式或工作原理分 类
•1、直接接触 式
•热流体
•热流体
•冷流体
•传热效果好，但不 能用于发生反应或有
影响的流体之间
•冷流体
•直接接触式换热器
•2、蓄热式
•冷流 体
•热流 体
•温度较高的场 合，但有交叉污 染，温度波动大
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，壳体和管束中可能产生较大的 热应力。
•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。 •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。
•图7-3 带膨胀节的固定管板式换热器
•（三）材料
•由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。常用管子材 质有：碳素钢（10，20）、合金钢（1Cr18Ni9Ti)、
低合金钢（16Mn,15MnV)、铜、钛、塑料、石墨等
。
•碳素钢
•金属材 料
•低合金 钢 •不锈 钢 •铜
•铜镍合 金 •铝合金
•非金属材料
•石 墨
•陶 瓷
•聚四氟乙烯等
•钛等
•（四）结构型式
•
性大的物料。
•（一）工艺计 算•选型；确定管、壳程；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 。
•（二）机械设 计 •1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；
•2）换热器封头选择，压力容器法兰选择；
•3）管板尺寸确定；
•4）折流板的选择与计算；
•5）管子拉脱力的计算；
•热流 体
•冷流 体
•蓄热式换热器
•3、间壁式
•重点
•——又称表面式换热器
•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 •应•由用热最流为体广通泛过，间形壁式传多递种给多冷样流，体。 •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
•(1)管式 •(2)紧凑式
典型化工设备设计-换热 器结构
2020年6月2日星期二
•第三篇 典型化工设备的机械设 计
•换热 器
•塔设 备
•搅拌设 备
•第七章 管壳式换热器的机械设 计
•第一节 换热器概述
•换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。
•1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。 •2、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％～ 40％ 。
•（二）浮头式换热器
•图7-4 浮头式换热器
•优点： 管内和管间清洗方便，不会产生热应力。
•缺点： 结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在
•
操作中无法检查，影响传热。
•适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易
•
结垢的场合。
• 浮头结构
•（三）填料函式换热器
•特点： •1.一端可自由伸缩— 不产生热应力 ； •2.管束可以抽出，管内外均易清洗 ； •3.填料将壳程介质与外界隔开，易 外漏，介质受限制；
•排管、蛇管、套管
•螺旋板式、板式、板 翅、伞板等
•(3)管壳式
•重点
•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 •
•根据我们前面学习的内容，请同学们说说序号 •2、3、8、12、21各代表什么零件？
•图7-1 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-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
•（二）规格
•（外径×壁厚），长度按规定决定
•φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管
•换热管尺寸 φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管
•标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等
• 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，其比值多为4～6。
•管壳式换热器的结构：
•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
•填料函式换热器
•（一）固定管板式换热器
•带补偿 器
•无补偿 器
•固定管板换热器——
•
分为带补偿器和不带补偿器两种。
•图7-2 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，管
•6）温差应力计算。
•课堂提问
•说出换热器类型 •固定管板式换热 器
•U形管式换热器
•填料函式换热器
•浮头式换热器
•第二节 管板式换热器换热管的选用及其与管 板的连接
•（一）直径
•小管 径
•单位体积传热面积增大、结构紧凑 、 •金属耗量减少、传热系数提高
•阻力大，不便清洗，易结垢堵塞
•大管径
•用于较清洁的流体
•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。
•特点 ：
•图7-7 U型管式换热器
Biblioteka Baidu
•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。
•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
•填料函式密封
• 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。 ••缺点：填料处易泄漏。
• 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。
•U形管式换热器
•U形管式换热器
•动画
•（四）U形管式换热 器
U型管式换热器的二维图
•那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？
•1.先进性 •传热效率高，流体阻力小，材料省
•2.合理性
•可制造加工，成本可接受
•3.可靠性 •满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿 命
•冷却器（cooler）
•冷凝器（condenser）
•加热器（一般不发生相变）（heater ） •蒸发器（发生相变）（evaporator）
•换热管型式
•光管
•翅片管（在给热系数低侧）
•再沸器（reboiler）
•废热锅炉（waste heat boiler）
四、换热器的基本类型
•按传热方式或工作原理分 类
•1、直接接触 式
•热流体
•热流体
•冷流体
•传热效果好，但不 能用于发生反应或有
影响的流体之间
•冷流体
•直接接触式换热器
•2、蓄热式
•冷流 体
•热流 体
•温度较高的场 合，但有交叉污 染，温度波动大
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，壳体和管束中可能产生较大的 热应力。
•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。 •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。
•图7-3 带膨胀节的固定管板式换热器
•（三）材料
•由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。常用管子材 质有：碳素钢（10，20）、合金钢（1Cr18Ni9Ti)、
低合金钢（16Mn,15MnV)、铜、钛、塑料、石墨等
。
•碳素钢
•金属材 料
•低合金 钢 •不锈 钢 •铜
•铜镍合 金 •铝合金
•非金属材料
•石 墨
•陶 瓷
•聚四氟乙烯等
•钛等
•（四）结构型式
•
性大的物料。
•（一）工艺计 算•选型；确定管、壳程；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 。
•（二）机械设 计 •1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；
•2）换热器封头选择，压力容器法兰选择；
•3）管板尺寸确定；
•4）折流板的选择与计算；
•5）管子拉脱力的计算；
•热流 体
•冷流 体
•蓄热式换热器
•3、间壁式
•重点
•——又称表面式换热器
•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 •应•由用热最流为体广通泛过，间形壁式传多递种给多冷样流，体。 •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
•(1)管式 •(2)紧凑式
典型化工设备设计-换热 器结构
2020年6月2日星期二
•第三篇 典型化工设备的机械设 计
•换热 器
•塔设 备
•搅拌设 备
•第七章 管壳式换热器的机械设 计
•第一节 换热器概述
•换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。
•1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。 •2、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％～ 40％ 。
•（二）浮头式换热器
•图7-4 浮头式换热器
•优点： 管内和管间清洗方便，不会产生热应力。
•缺点： 结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在
•
操作中无法检查，影响传热。
•适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易
•
结垢的场合。
• 浮头结构
•（三）填料函式换热器
•特点： •1.一端可自由伸缩— 不产生热应力 ； •2.管束可以抽出，管内外均易清洗 ； •3.填料将壳程介质与外界隔开，易 外漏，介质受限制；
•排管、蛇管、套管
•螺旋板式、板式、板 翅、伞板等
•(3)管壳式
•重点
•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 •
•根据我们前面学习的内容，请同学们说说序号 •2、3、8、12、21各代表什么零件？
•图7-1 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-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