换热器的结构类型与损坏

热应力
（a) BEM立式固定管板式换热器
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薄管板
目前主要有
平面形 椭圆形 碟形 球形 挠性薄管板等
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管板最小厚度
1、用于易燃易爆有毒有害介质严格场合时管板的 最小厚度应不小于换热管的外径
2、一般场合时管板的最小厚度应符合 管外径≤25时，管板最小厚度≥0.75管外径 25＜管外径50时，管板最小厚度≥0.75管外径 管外径≥ 50时，管板最小厚度≥0.65管外径 管板与换热管采用焊接时，管板的最小厚度应满足
22 33 44
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图6-17 双管板结构 1—空隙 2—壳程管板 30 3—短节 4—管程管板
三、管箱
作用——流体送入换热管和送出换热器， 在多管程结构中，还起到改变流体流向的作用。
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管壳式换热器结构
管程——与管束中流体相通的空间 壳程——换热管外面流体及相通空间
管程
壳程
管程
（a) BEM立式固定管板式换热器
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管壳式换热器结构
管程结构
一、换热管 二、管板 三、管箱 四、管束分程 五、换热管与管板连接
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一、换热管
1.换热管型式
光管 强化传热管
翅片管（在给热系数低侧） 螺旋槽管 螺纹管
定义
换热器是将热流体的部分热量传递给冷 流体，使流体温度达到工艺流程规定的指 标的热量交换设备，又称热交换器； 根据冷、热流体热量交换的原理和方式基 本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄 热式三类换热器，其中间壁式换热器应用 最多
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基本类型
一、固定管板式 二、浮头式 三、U形管式 四、填料函式 五、釜式重沸器
结构设计和制造要求且不小于12mm
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图6-16 椭圆形管板
以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。
受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降
低热应力；适用于高压、大直径的换热器。
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用于严格禁止管程 与壳程介质互相混 合的场合。
方法： 从短节排出 短节圆筒充入高于 管程、壳程压力的 惰性介质
管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要 应用 清洗，又不宜采用浮头式和固定管板式的 场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢Fra Baidu bibliotek的高温、高压、腐蚀性大的物料。
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结构
四、填料函式
填料函式密封
(d) AFP填料函双壳程换热器
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优点
结构较浮头式简单，加工制造方便； 节省材料，造价比较低廉; 管束从壳体内可抽出; 管内、管间都能进行清洗，维修方便。
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3.换热管材料
金属材料
碳素钢 低合金钢 不锈钢 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
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4.换热管排列形式及中心距
30°
60°
90°
45°
p
管桥强度 清洗通道
三角形布管多，但不易清洗； 正方形及转角正方形较易清洗
P≥1.25d0
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常用换热管中心距/mm
换热管外径do 12 14 19 25 32 38 45 57 换热管中心距 16 19 25 32 40 48 57 72
应用——壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易 结垢的场合。
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结构
三、U形管式换热器
U形管
（ C） BIU U形 管 式 换 热 器
GB151 6.3.3：同一根换热管的对接焊缝，直管不得超过一条；U形管不得超过二条； 最短管长不应小于300mm；包括至少50mm直管段范围内不得有拼接焊缝。
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U形管式换热器
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。
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结构
二、浮头式
浮头端可自由伸缩，无热应力
浮头端
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优点——管间和管内清洗方便，不会产生热应力；
缺点——结构复杂，造价比固定管板式换热器高， 设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖 在操作中无法检查，制造时对密封要求较 高。（管壳两物流温差>120℃时，内垫片易渗漏 ）
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1.管板材料
力学性能 介质腐蚀性（及tube-tubesheet间电位差对腐蚀影响） 贵重钢板价格
流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时， 管板采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造； 腐蚀性较强时，用不锈钢、铜、铝、钛等材料， 为经济考虑，采用复合钢板或堆焊衬里。
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2.管板结构
厚度—— 满足强度前提下，尽量减少管板厚度
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管壳式换热器
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4
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。
缺点 应用
——当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相
差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。管壳两物流温差>60℃时应设置膨胀节， 最大使用温差不应大于120℃
——适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶 解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳 侧压力不高的场合。
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图4-12 径向翅片管
图4-13 螺纹管
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4.3.3 管壳式换热器选择中应注意的问题
一、流体在管内外的选择
管程:1)毒性介质
2)腐蚀性流体
3) 压力高的流体
4)易结垢介质
5)温度高的介质
壳程:⑴粘度大、流量小的介质 ⑵雷诺系数小 的流体 ⑶饱和蒸汽宜走壳程
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二、管板
作用
用来排布换热管； 将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合； 承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。
缺点 填料处易泄漏。
应用
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。
注：填料函式换热器现在已很少采用。
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结构
五、釜式重沸器 蒸发空间
(f)
管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构
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特点
与浮头式、U形管式换热器一样， 清洗维修方便； 可处理不清洁、易结垢介质，能 承受高温、高压（无温差应力）。
2.换热管尺寸
φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管 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
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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
用于较清洁的流体
大管径
粘性大或污浊的流体
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优点 结构比较简单、价格便宜，承压能力强。
受弯管曲率半径限制，布管少； 管束最内层管间距大，管板利用率低； 缺点 壳程流体易短路，传热不利。 当管子泄漏损坏时，只有外层U形管可更 换，内层管只能堵死，坏一根U形管相当 于坏两根管，报废率较高。（规定：U形管弯管段
的弯曲半径R应不小于两倍的换热管外径）