管壳式换热器

管壳式换热器的类型、标准与结构
3) 浮头式换热器
结构：两端管板一端与壳体用法兰固定联接，称为固定端。另
一端管板不与壳体联接而可相对于壳体滑动，称为浮头端。由于 浮头位于壳体内部，故又称内浮头式换热器。
特点： （1）管束的热膨胀不受壳体的约束，故壳体与管束之间不会因
差胀而产生热应力；
（2）在需要清洗和检修时，可将整个管束从固定端抽出；
安装：焊接在管箱上，在管板上设分程隔板槽，槽的宽度、深度
及拐角处的倒角等均有具体规定。
管壳式换热器的类型、标准与结构
常见管板分程布臵
管壳式换热器的类型、标准与结构
折流板和支持板
作用：（1）使流体横掠管束，增大传热系数；（2）支撑管束；
（3）防止管束振动和弯曲。
常用形式：（1）弓形折流板，（2）盘环形(或称圆盘一圆环形)
管板与壳体的不可拆连接
对于U形管式、浮头管式等设备，为使壳 程便于清洗，常将管板夹在壳体法兰和管箱法 兰之间构成可拆连接。
管板与壳体的可拆连接
管壳式换热器的类型、标准与结构
分程隔板
目的：将换热器的管程分为若干流程，提高流速，增大传热系数 原则：（1）每一程管数大致相等；（2）分程隔板的形状简单，
管壳式换热器的类型、标准与结构
管壳式换热器的类型、标准与结构
管壳式换热器的类型、标准与结构
管子在管板上的固定与排列
1) 管子在管板上的固定 原则：保证连接牢固，不产生大的热应力； 方法：（1）胀接；（2）焊接；（3）胀焊并用； 胀接：基本连接方式，但压力温度受限
压力低于4MPa，温度低于300oC
折流板，（3）扇形折流板，（4）管孔形折流板
在弓形折流板中，流动死区较小，结构简单，因而用得最多； 盘环形结构比较复杂，不便清洗，一般用在压力较高和物料比较清 洁的场合；扇形和管孔形的应用较少。
管壳式换热器的类型、标准与结构
弓形折流板切口方向：卧式换热器分为缺口上、下方向交替排
列（水平切口）和缺口左、右方向交替排列（垂直切口）两种
《不可拆式螺旋板换热器型式与基本参数》，标准号：JB/T 4723-92
管壳式换热器的类型、标准与结构
换热器中主要部件名称
1：平盖；2：平盖管箱(部件)；3：接管法兰；4：管箱法兰；5：固定管板；6：壳体 法兰；7：防冲板；8：仪表接口；9：补强圈；10：圆筒壳体；11：折流板；12：旁 路挡板；13：拉杆；14：定距管；15：支持板；16：双头螺柱或螺栓；17：螺母； 18：外头盖垫片；19：外头盖侧法兰；20：外头盖法兰；21：吊耳；22：放气口； 23：凸形封头；24：浮头法兰；25：浮头垫片；26：无折边球面封头；27：浮头管 板；28：浮头盖(部件)；29：外头盖(部件)；30：排液口；31：钩圈；32：接管；33： 活动鞍座(部件)；34：换热管；35：挡管；36：管束(部件)；37：固定鞍座(部件)； 38：滑道；39：管箱垫片；40：管箱短节；41：封头管箱(部件)；42：分程隔板
等边三角形法
同心圆法
正方形法
管壳式换热器的类型、标准与结构
等边三角形排列：传热性能好，但流动阻力大； 同心圆排列：紧凑，布管均匀，但制造和装配比较困难； 正方形排列：清洗方便，流动阻力小，但传热性能差。 组合排列：用于多管程换热器中，每一程都采用等边三角形排列，而 在各程相邻管排间，为便于安装隔板，则采用正方形排列。 转角排列：（1）流体流动方向与三角形一边平行的转角等边三角形排 列；（2）流体的流动方向与正方形一条对角线垂直的转角正方形排列
折流板的固定：两种方式
（1）拉杆+定距管 对于管子外径大于或等于19mm的管束，折流板的安装固定通 过拉杆和定距管来实现。拉杆是一根两端皆带螺纹的长杆，一端 拧入管板，折流板穿在拉杆上，各折流板之间则以套在拉杆上的 定距管来保持板间距离，最后一块折流板用螺母拧在拉杆上紧固。 拉杆应尽量均布于管束的外边缘，但对于大直径的换热器，在布 管区内或靠近折流板缺口处也应布臵适当数量的拉杆。
换热管外径 10 14 19 25 32 38 45 57
最小管间距s
分程隔板槽处管间距 lg
13-14 19 25 32 38 45 57 72
25 32 38 44 52 60 68 80
注：①当管间需要机械清洗时，相邻管间的净空距离(s-d)不宜小于6mm，对 于外径为10mm和14mm的换热管的中心距分别不得小于17mm和21mm；② 外径为25mm的换热管，当用转角正方形排列时，其分程隔板槽两侧的管间 距应为32mm×32mm正方形的对角线长，即sn=45.255mm。
管壳式换热器的类型、标准与结构
4) 布管限定圆
按在管子排列方式照上述方法时，换热器管束外缘直径受圆筒 内径的限制，因此在设计时要将管束外缘臵于布管限定圆之内，布 管限定圆直径DL值的大小按结构型式而异。
对于固定管板式、U形管式换热器
DL Di 2b3
式中，b3为固定管板式、U形管式换热 器管束最外换热管表面至壳体内壁的最 短距离，通常情况下b3＝0.25d，且不小 于10 mm；
（3）浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，使壳体直径增大， 在管束与壳体之间形成了阻力较小的环形通道，产生旁流。
应用：主要用于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易
结垢的场合。由于结构复杂，金属消耗多，应用受到一定限制。
管壳式换热器的类型、标准与结构
4) 填料函式换热器
结构：使一端管板固定、而另一
管壳式换热器的类型、标准与结构
3) 管间距
两根管子中心线的距离称为管间距，其大小主要与管板强度 和清洗管子外表所需间隙、管子在管板上的固定方法等有关。
采用焊接时，管间距太小，焊缝太近，就不能保证焊接质量 采用胀管时，过小的管间距会造成管板在胀接时由于挤压力 的作用而产生变形，失去了管板与管子之间的连接力。对于多管 程分程隔板处的管间距，最小应为管间距加隔板槽密封面的宽度
类型
管壳式换热器按其结构的不同一般可分固定管板式、U 形管式、浮头式和填料函式四种类型。
管壳式换热器的类型、标准与结构
1) 固定管板式换热器
结构：将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，管板与 壳体固定在一起。
特点：
（1）结构比较简单、重量轻，成本低，在壳程程数相同的条 件下可排的管数多； （2）壳程不能检修和清洗，因此，宜于不易结垢和清洁的流 体换热； （3）当管束与壳体的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会 使管子与管板的接口脱开，从而发生流体的泄漏。 解决方法：在外壳上装设膨胀节，减小但不能完全消除温差热应力，
换热管外径 最大无支撑跨距 10 800 14 19 25 32 38 2500 45 2800 57 3200
1100 1500 1900 2200
管壳式换热器的类型、标准与结构
折流板厚度：为了防振、并能承受拆换管子时的扭拉作用，折流
板须有一定厚度。一般情况下至少比管壁厚一倍，最薄约 3mm， 按GB 151-1999中具体规定执行。
端管板可在填料函中滑动，即将 浮头露在壳体外面的浮头式换热 器，所以又称外浮头式换热器。
特性：
（1）由于填料密封处容易泄漏， 故不宜用于易挥发、易燃、易爆、 有毒和高压流体的热交换； （2）由于制造复杂，安装不便， 因而不常采用。
管壳式换热器的类型、标准与结构
标准
国家标准：《钢制管壳式换热器》(标准号为GBl51-89) 最新标准：《管壳式换热器》(标准号为GBl51-1999)
换热管外径 用于炼油工业及易燃易爆 管板最 有毒介质等严格场合 小厚度 用于无害介质的一般场合 10 14 19 25 32 20 10 15 25 32 20 24 38 45 57 38 45 57 26 32 36
管壳式换热器的类型、标准与结构
管板和壳体的连接：有可拆和不可拆两种。
固定管板式换热器常用不可拆连接，两端的管板直接焊于外 壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰，拆下管箱即可检修胀口或 清扫管内污垢。把管板焊在壳体内不兼作法兰的结构用得较少。
（3）密封长度尽可能短。
常用程数：根据GBl51-1999规定，常用程数有1、2、4、6、8、
10、12等七种程数。
分程方法：平行分程法和丁字形分成法
从热膨胀角度出发，在考虑分程时，最好使相邻程间平均壁 温之差不超过28℃，因此就由平行隔板和丁字形隔板所组成的四 流程换热器而论，平行隔板要优于丁字形隔板，因为在采用丁字 形隔板时，最冷和最热的流程是紧挨着的。
管壳式换热器的类型、标准与结构
作用：（1）固定换热管束；（2）分隔管壳程流体； 型式：常用圆形平板，也有弹性管板 管孔：排列方式同换热管，孔径略大于换热管；
管孔数=换热管Байду номын сангаас+假管数+拉杆数
管板
厚度：按强度理论计算
管板与管子用胀接法连接时，管板的最小厚度(不包括腐蚀裕 量)按下表规定；当用焊接法连接时，最小厚度除满足要求外还要 满足结构和制造的要求。
管壳式换热器
在间壁式换热器这一大类中，应用最为普遍、研究得最多的 是管壳式换热器(也称列管式换热器)，因而对它的了解有着普遍 的意义。
管程：管内流道及其贯通处 管程数：管程流体沿换热管长度方向往返次数； 壳程：管外流道及其贯通处 壳程数：壳程流体沿壳体轴向往返次数；
1 管壳式换热器的类型、标准与结构
壳程冷凝：h/Di=(25-45)%。
相邻两折流板距离B：间距小，可保证流体横掠管束，提高换热
系数。但若过小，又会增加流动阻力，难于检修和清洗；间距过大， 则流体难于垂直流过管束，使换热系数下降。 为了保证设计的合理性，弓形折流板的间距一般不应小于壳体 内径的1/5，且不小于10 mm，最大则不超过下表的规定，且不超 过壳体内径。
国标适用范围：
(1)公称直径≤2000mm；(2)公称压力≤35MPa； (3)公称直径(mm)和公称压力(MPa)的乘积≯104。
行业标准：
《浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数》，标准号：JB/T 4714-92；
《固定管板式换热器型式与基本参数》，标准号：JB/T 4715-92；
《立式热虹吸式重沸器型式与基本参数》，标准号：JB/T 4716-92； 《U形管式换热器型式与基本参数》，标准号：JB/T 4717-92；
管壳式换热器的类型、标准与结构
钢制管壳式换热器型号表示法
管壳式换热器主要组合部件有前端管箱、壳体和后端结构(包括 管束)三部分，三部分的不同组合，就形成结构不同的换热器。
DN P LN Nt t A Ps d Ns
Ⅰ（或Ⅱ）
Ⅰ级（或Ⅱ级）换热器 管/壳程数，单壳程只写Nt LN—公称长度（m）, d—换热管外径（mm） 公称换热面积（m2） 管/壳程设计压力（MPa），压力相等时只写Pt 公称直径(mm)，对釜式重沸器用分数表示， 分子为管箱内直径，分母为圆筒内直径 第一个字母代表前端管箱型式，第二个字母代表壳体型式， 第三个字母代表后端结构型式
焊接：在高温高压下能保持连接的紧密性，对管板孔的加工要
求较低，同时比胀管的工艺简便。适用高温、高压、易爆介质 缺点：（1）在焊接接头处的热应力可能造成应力腐蚀和破 裂；（2）在管孔和管子间存在的间隙处也可能产生间隙腐蚀。
管壳式换热器的类型、标准与结构
2) 管子在管板上的排列
原则：
① 要保证管板有必要的强度，管子和管板的连接要坚固和紧密； ② 设备要尽量紧凑，以便减小管板和壳体的直径，并使管外空间 的流通截面减小，以便提高管外流体的流速； ③ 制造、安装和修理、维护简便。
且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。
管壳式换热器的类型、标准与结构
前端管箱
管 板 折流板 后端结构
换热管束 进出口接管
壳 体 膨胀节
具有膨胀节的固定管板式换热器
管壳式换热器的类型、标准与结构
2) U形管式换热器
结构：管束由U形弯管组成，两端固定在同一块管板上，弯曲端 不加固定，每根管子可自由伸缩，不受其他管子及壳体的影响。 特点： （1）在需要清洗时可将整个管束抽出，但要清除管子内壁的污 垢却比较困难； （2）因为弯曲的管子需要一定的弯曲半径，因而在制造时需用 不同曲率的模子弯管，且使管板的有效利用率降低； （3）损坏的管子也难于调换，U形管管束的中心部分空间对换 热器的工作有着不利的影响。
当流过壳程的全是气相或液相的清洁物料时，宜用水平切口。 卧式换热器、冷凝器和再沸器，当壳程是气、液相共存或液体中 带有固体的物料时，宜用垂直切口。
弓形折流板的排列
弓形折流板尺寸：缺口大小（高度h）和板间距B
管壳式换热器的类型、标准与结构
缺口大小：按切去弓形弦高占壳体内径百分比（h/Di）来确定
单相换热：h/Di=(20-25)% 壳程蒸发：h/Di=45%