管壳式换热器的机械设计1

看看二维图
图图7-76-4浮头浮式头换式热换器热器 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。 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。
浮头补偿：换热器两端管板之一不固定在外壳上（此端称为
浮头），当管子受热或受冷时，连同浮头一起自由伸缩， 而与外壳的膨胀无关。
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。
六、管壳式换热器设计内容
（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； 6）温差应力计算。
1、如：开水锅炉、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％ 。
那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？
二、衡量标准 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
性大的物料。
U形管补偿：将管子两端都固定在同一管板上，每根管子可
以自由伸缩，与其他管子和外壳无关。
（四）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；
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填料函式密封
图7-9 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。
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1500、2000、3000、4500、6000、 7500、9000、12000m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。
壳程接管
管程接管
排污口 支座
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7-3 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
五、管壳式换热器的分类
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
图7-4 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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
三、不同目的的换热器 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） 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
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
热流体
冷流体
图7-1 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
热流体
冷流体
图7-2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 由热流体通过间壁传递给冷流体。
应用最为广泛，形式多种多样， 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
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
管壳式换热器的结构
接管法兰 容器法兰 管板 管箱
排气管 拉杆
折流板
膨胀节 定距管 换热管
（三）U形管式换热器
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。
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图图7-87-6U型U管形式管换式热换器热器
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
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
教学重点 （1）典型管壳式换热器的选型 （2）固定管板式换热器的基本结构 （3）管子的选用及管板的连接 （4）温差应力产生的原因及补偿措施
教学难点： 管、壳程的分程及隔板
一、定义
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。
小结
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 管子的选用及其与管板的连接 一、管子的选用
（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
用于较清洁的流体
大管径
粘性大或污浊的流体
（二）规格
（外径×壁厚），长度按规定决定
图7-3图7带-5 补带偿膨器胀的节固的定固管定板管式板换式热换器热器
补偿圈补偿：在外壳上焊上一个补偿圈。当外壳和管子热
胀冷缩时，补偿圈发生弹性形变，达到补偿的目的。
（二）浮头式换热器
特 1.一个大管板，一个小管板，小管板在壳体内滑动 点 ——无温差应力；
2.管束可以抽出，清洗； 3.结构复杂，浮头内漏不便检查； 4.管束与壳体间隙较大——影响传热。.