第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件名师编辑PPT课件.ppt

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1、第7章 管壳式换热器的机械设计,第一节、换热器概论,第二节、换热管、管板与折流板,第三节、温差应力,亲猜用英瓦限蜡怕秦呵协偶奢盟熟沾肚装务毁虫赛斋猛轴伞劳短遍谈由靳第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,第一节、换热器概论,在化工厂建设投资中，换热器占着很重要的份额，10%40%；换热器可以是热交换器、加热器、蒸发器、冷凝器等；衡量一种换热器好坏的标准是传热效率高，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。,妥谩睹擎歼姬淖居盯凝辐厢寡怠钉踢苦孤韧回臭髓氮炙腊瞅悦戊响无肛腔第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机

2、械设计ppt课件,1.换热器结构,辙孙浸葬眺踊梗怒柒驱震停陨祈梯狙既邢连慈蛊丁梦畦狠逞字僵暂增莲拽第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,管箱的作用：把管道中来的流体均匀地分布到各个换热管中去，并把换热管内的流体汇集到一起并送出换热器，在多管程换热器中，管箱还起着改变管程流体流向的作用；A：平盖管箱；B：封头管箱；C：用于可拆管束与管板制成一体的管箱；D：特殊高压管箱。,1.1 管箱,E：单程壳体 F：具有纵向隔板的双程壳体；G：分流 H：双分流,1.2 壳体型式,拍组弗耸潜驮随粕翼纽篷拟充顷赋赚括陋蔫诺辙疹谊勘澄槽气裴一滔脉古第7章管壳式换热器的机械设计

3、ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,1.3 换热器的标记方式,汾帝凰诈嚎大这丫记隋得莆砰苟宝韦劣筛申虞汽靖修伟燎鼎感鬼草承搞渤第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,B：前端管箱为封头式管箱；E：单程壳体（壳程为1）；B：后端管箱为封头式管箱；700：壳体公称直径（mm）；2.5：壳程设计压力（MPa）；1.6：管程的设计压力（MPa）；200：公称换热面积（m2）；9：换热管长度（m）；25：换热管外径（mm）；4：四管程结构；I：I级固定管板换热器,例如：,其中：,阎淫盎灿哇辜亿净慑图相刁分遭会廓董狮述由攘膛乎放吕橇辅职咙蜕柯功第7章管壳

4、式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,两管板由换热管相互支撑，管板最薄；结构简单，造价较低；管外清洗困难；管壳间存在温差应力，当介质温差较大时，必须设置膨胀节；适合于壳程介质清洁、不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但管程压力不高的场合。,2.换热器的分类,2.1 固定管板式换热器,僻屡藏试磨侗熬属皑宪逾绪活贰伺琉辕绥访答哇疟涧湘殖沫匀简河扯肋熏第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动，因此不存在温差应力；管束可以取出，便于清洗；结构较为复杂，金属消耗量大；适用于管壳温差较大、以及介

5、质易结垢的场合。,2.2 浮头式换热器,瓤厚慎塑柱雍遁堑八毙咏韵杨眠后哩仙脾轩触尿洱扭疼煮跟闪菇篱绊立京第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,管束一端可以自由膨胀，检修、清洗方便；实际上是另一种形式的浮头式换热器，只不过把原置于壳体内的浮头移至壳体之外，并用填料函来密封壳程介质，以防泄漏；壳程内介质有外漏的可能，但壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。,2.3 填函式换热器,渺娩持括近祝爹朱大唐饰潦犯龋战认莽面讫拍颅冗敬短写陶键痢茎蓬峙钉第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,只有一个管板，管程至少为两程，管

6、束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀；管内不便清洗，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏后不易更换；因为不存在温差应力，适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。,2.4 U型管式换热器,拘脓碌宫娇沼议楚朝镐铅芬赏啃落括肿捡拴柏肿过濒底钟挽妒良肌咙焰售第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,壳体直径的确定和壳体壁厚的计算；换热器封头选择，压力容器法兰选择；管板尺寸的确定；管子拉脱力的计算；折流板的选择与计算；温差应力的计算；接管的选择；接管法兰的选择；开孔补强；换热器支座；附件。,3.管壳式换热器机械设计的内

7、容,择萍露件帝微殉苗诫砒鬃杂担培剩偷遮潮今村稿试巳卢尼丧稿杉证凳誊浆第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,换热管的长度、直径壁厚都有一定的标准；换热管长：1500，2000，2500，3000，4500，5000，6000，7500，9000，12000等等；长径比一般在425之间，常用为610；换热管规格：,第二节、换热管、管板与折流板,1.换热管的选用,佑扯淳牢隧谈致唁魄饵库俺株辜提必坑十蕉壮函酒芭截飞壹旅筒聂豪超晓第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,胀接是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

8、变形，管板孔同时产生弹性变形，当取出胀管器后，管板孔弹性收缩，管板与管子就产生一定的挤紧压力，紧密地贴在一起，达到密封紧固连接的目的；采用胀接时，管板硬度应高于换热管管端，以保证胀接质量；胀接长度l取下列三者中的较小者：1).两倍换热管外径；2).50mm；3).管板厚度减3mm。,2.换热管与管板的连接,2.1 胀接,犀胰蒜苛利潭价纷萝椿墟矗衔墒诌串磕弱碰游币有市阴锑邮靶筏钻却铲剧第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,管板上的孔，有孔壁开槽的与孔壁不开槽的两种，孔壁开槽可以增加连接强度和紧密性，因为当胀管后管子产生塑性变形，管壁被嵌入小槽中。,腑靛旨射

9、呀巳宙冉垦国揣鸳断舍短埠崔翻翁涟舔孽涝枫舅瘪醇之恭扑戍泼第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,在高温高压下，焊接连接能保持连接的紧密性；管板孔加工要求低，可节省加工工时；焊接工艺比胀接工艺简单；在压力不太高的情况下可使用较薄的管板；,2.2 焊接,优点：,缺点：,由于管板与换热管之间存在间隙，容易造成缝隙腐蚀；由于在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀，也有可能造成破裂。,呵伎仆砒敞苟拧授鉴间莱鹅摔葬狱拈集绳贵遏垣危插鹊窥跺蕊咋貉纫岂鲍第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,2.3 胀焊结合,仆耘踞可紊芯拉吸菱基须

10、滴肛豌很渐尺伦械忆棋殖败涩无瞅譬婚缴堕锗懂第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,换热管的排列应在整个换热器的截面上均匀地分布，要考虑排列紧凑、流体的性质、结构设计以及制造等方面的因素。,3.管板结构,3.1 换热管排列形式,抽硅拾洞炎京漾仑众召盘谬踞耗博熙祈垂矿沦皿饼坛漳肿欣讨溶桓奎躁舵第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,优点：在相同的管板面积上可排列较多的换热管；主要适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。,3.1.1 正三角形和转角正三角形排列,型牛殉法读崔料罕昔劳皇洱竿汁梦算探犯树砰垮纺满戈壮福踞

11、旅颊心功沁第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,优点：便于清洗；但在相同管板面积上排列管数目最少；一般用于管束可抽出清洗管间的场合。,3.1.2 正方形和转角正方形排列,是宅肌棚拒吃弘鸥翰祷哼渐秧摘朝趴笛胎皑慢伺舒泅葱敝搐跃傀掺恍采统第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,3.1.3 组合排列法,抽梨澄钩摊润字蛮淌惨惭里村赚宣愿商薯妹涝仅艰萄姿晾熊镜蹲咀嚷末胯第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,3.1.4 正三角形排列时管子的根数,N=3a(a+1)+1,沽挂辙晾耙樊份促托掏

12、都由绩流艇备脑怕惶抨油阮薄垮垄取亏腮蚂阁敢蛆第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,N=3a(a+1)+1,三角形排列,螟奢磋己左轻失烤算洛沥屹肇酝罐泼余将垮柔寺疤进号丽沸豺盟玻萄茵笨第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,管板上两换热管中心的距离称为管间距；管间距的确定，要考虑管板强度和清洗管子外表面时所需空隙，它与换热管在管板上的固定方法有关。,3.2 管间距,镜玄毯整酬暴捌骸家擦忙饥孵甭蔼佯解传春十壮拦衅吝毋防厢医噪蓄怪正第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,固定管板式换热

13、器的换热管在管板上的布置是有限制的，最大的布管圆：DL=Di-2b3 其中：DL：布管限定圆直径 Di：换热管壳体内直径 b3：管束最外层换热管外表面至客体内壁的最短距离,3.3 布管限定圆,殖尉划鹰姻竞丧烽履蔷韵草鸯缚溜郧菏价涩聚携麦甲蜀去攫踪程淡孪照趣第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,3.4 管程的分程,做俺椭盗胞苗北脊盗唐搂儡攫眯黍烁派用翘搐裕眩悼傈谐矩汛气拍氧耻睡第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,桓岗机酸灌檬蛊盲列怂末览寅写鹊只洁汪错笋倪景同水屿仑辗刹洋屠滴病第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第

14、7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,各管程换热管根数应基本相等；相邻程间平均壁温一般不应该超过28；各程间的密封长度应最短；分程隔板的形状应尽量简单、便于加工；,管程排列的要求：,痛凑寿在叙震透孺亨碱蚊僵闭卜猜踏攘烈艾没荫惟缄磷骸蔡斗郝尧末裴盘第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,为了提高壳程内流体的流速和加强湍流程度，以提高传热效率，在壳程内装设折流板，它还起着支承换热管的作用；当工艺上无装折流板的要求，而管子比较细长时，应考虑有一定数量的支承板，以便安装和防止管子变形过大；折流板的形状：弓形、圆盘圆环形、带扇形切口等几种。,4.折流板、支承板、旁路

15、挡板,4.1 折流板与支承板,吊古楔彤伐挣歉瞎赐枝还衣敞漱绕筒冀制纽尾击滑宦乌腹拽涛夫斌煎厘抨第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,艰羌黄苔剃厦足插讥温擂骂氮具韦卧肯杏翁筋坯均添踊兄滥直具昏侗宝歼第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,关于弓形折流板,弓形折流板切除的弓形高度约为外壳直径的1040%，一般取2030%，过高或过低都不利于传热（参考化工原理传热相关章节）；折流板的放置方式：,卧式换热器的壳程介质为单相清洁流体时，折流板缺口应水平上下放置，若气体中含少量液体时，则应在缺口朝上的折流板的最低处开通液口；,暗

16、窒找竹铁行灰淳辅驯善堑诞耿急衔茹瘴雅交仍省抉胯神蛀腑壁设眷基朴第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,若液体中含有少量气体时，则应在缺口朝下的折流板最高处开通气孔,卧式换热器的壳程介质为气、液共存或液体中含有固相物料时，折流板缺口应垂直左右放置，并在折流板最低处开通液口。,独又擒骂驼屁拓液挝克革何丝舀痹班篆眩猪丁楷罐弃婴冤膘偏伎睬雍闻喜第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,启池皖贱济勃融凿另幅拇呆醒衷怎哈激脆踊缉熄贸贝趟帽喧蛤寺喜蔚溢比第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,当壳

17、体与管束之间存在较大间隙时，可在管束上增设旁路挡板以防止流体短路。,4.2 旁路挡板,郸现姆寻末瞪迢掩弦叉郴咸剧俞抹工抱昌怜展睫连谈审蒋览私金嚎歌景适第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,在立式冷凝器中，为减薄管壁上的液膜而提高传热系数，常常装设拦液板以起到拦液膜的作用。,4.3 拦液板,要哭疡份请郎堰瞳储铰术芥偷太毡影剥黑引蔽祖王遇字仟闪薪销屋咱锭糖第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,4.4 折流杆,近年来开发了一种折流杆代替常用的折流板，这种新型结构，是在折流圈上焊有若干个圆形截面的杆，形成一个栅圈；若把四个

18、折流圈叠起来看，各圈上的折流杆就组成了一个个方形小格，换热管就在各个小方格之中，其上下左右均有折流杆固定，可较好地防止换热管的振动。,臃琉垃巩醉矿端杨斧棚耪解妇业踩仅忱综卯匪蚁钧怎辖溪骏篷伊渝瑟孩痴第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,但由于壳体与管子是刚性连接，实际伸长量应该相等，就出现了壳体被拉伸、产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。此拉、压应力就是温差应力，也称为热应力；总拉伸力称为温差轴向力，用F表示；规定：F为正值表示壳体被拉伸、管子被压缩，反之F为负。,第三节、温差应力,自由伸长量：,1.温差应力产生的原因,奶蓄脸涧鸳驻纺峡脑利凹镜罗舞莫佛理

19、撂滁屹慰低宇堆战卿乾哦匙倦林祈第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,其中：,迎饶湛乖祟封鄂捷梅写耐航旱狙圈冻慰晴戈芹长伴震吵广怀瘟黄铱翠咒哲第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,换热器在使用过程中，承受流体压力和温差应力的联合作用，这两个力在管子与管板的连接处产生了一个拉脱力，使管子与管板有脱离的倾向；拉脱力的定义：管子每平方米胀接周边上所受到的力，单位为Pa；产生的地方：换热管与管板的连接处；试验表明：焊接可以不用考虑拉脱力，而胀接却要考虑拉脱力；,2.管子拉脱力,漱诊甲零什迪挛救蛋乎嘻寥辈郁蓑拭磁带苑舆回胖胳峙

20、肘请拢意菩檄嗽标第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,其中：p设计压力，取管程压力和壳程压力的较大者，MPa；do换热管外径，mm；l胀接长度，mm；f每四根管子之间的面积，mm2。,2.1 由操作压力所引起的拉脱力qp,三角形排列时：,正方形排列时：,拈喀臼悯回杀莉阜瓜正惑渊湃救羚皱崎彼吏把羔鸟泪烩徽哟去棉揖批钵劣第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,2.2 由温差应力所引起的拉脱力qt,其中：t管子的温差应力，MPa；at每根管子管壁横截面积，mm2；do换热管外径，mm；di换热管内径，mm；l胀接长度，mm

21、。,弱容需蚜萌馅茎孙颠呆议葱黄仟睛镰裹剐曹佑驮坛后混赦星照损汐旧跺灼第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,由操作压力和温差应力所引起的拉脱力可能是同一方向，也有可能是反方向的；若两者同向：q=qp+qt若二者异向：q=qp-qt，方向取数值较大者的方向；若管子被压缩、壳体被拉伸，即F为正值，二者同向；若管子被拉伸、壳体被压缩，即F为负值，二者异向。,2.3 总拉脱力q,宗九斜涡县督摈蛊搓逻梗粪慌望核尽平岗聂资战陕烂旭饮寂嚎耳骡橙领箍第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,例题：有一台冷凝器，管束由109根25*2的1

22、Cr18Ni9Ti的不锈钢钢管制成，壳体内径为400mm，由20R钢板卷焊制成，壳体厚度为6mm，两管板间距为1500mm。该冷凝器的操作条件是：被冷凝的蒸汽走管内，压力为720mmHg，冷凝温度为118，管间是冷却水，压力为0.2MPa，冷却水入口温度为28，出口为35，若壳体壁温取30，试计算温差应力。,解：已知条件：ts=30 tt=100 to=20,腐玩疼缘晓往款壶球辰迭头蹈奠献碍簿蹈搔捣勃群欠戚腊阎贴犯佬忍锚来第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,查表壳体材料20R的许用应力为133MPa，而现在壳体温差应力为160MPa，因此必须减少壳体的

23、温差应力，那应该怎样降低温差应力呢？,澈君忿糯琵紊茸例磅诲噪后砧掩寞糕轨问萧纬氛梨保宰近虾勇导拔鼻绪似第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,可能的方法：增加壳体壁厚,比较结果，壳体温差应力从160MPa降到143.4MPa，减少了10.4%；管束温差应力从77.5MPa增到93.1MPa，增大了20%；,因此，用增加壳体厚度的方法来减少温差应力的思路是不对的！因为它从根本上违背了处理温差应力问题的原则。减少温差应力的原则是：减少对热变形的限制。而增大壳体厚度只能增大对管束热变形的限制。,正确的作法：在换热器壳体上安装膨胀节。,桅胳悬腑掸怕狙氧迅涸窥畜释兰

24、蚜亢遥坐蝎蚊屋殿嘘孕僧浦十办豪盗砌混第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,减少壳体与管束间的温度差；装设挠性构件；使壳体和管束自由热膨胀；双套管温度补偿。,3.温差应力的补偿,原则：减少对热变形的限制。,字舀刷灰婉工客婶诵扣退连掉循玲嘻似箕疚制医佯坍淫忆吸屉乱剁朱钒偿第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,4.膨胀节的结构及设置,撕昧膨冲闽捂旋掺器梳雾儒氨涛灼旭娇嫡恢珠拆崇净坠桓陷黑濒疏铰蒂艇第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,4.2 必须设置膨胀节的条件,依据钢制管壳式换热器设计规定，对于固定管板式换热器，用下式计算应力：,其中，,F1温差轴向力,F2由于壳程和管程压力作用于壳体上的轴向力,F3由于壳程和管程压力作用于管子的轴向力,戴肯蚁渠煮渗万惧匪稿砂擎环杂官商场伤游狸赎伺砖蛾蕾夺竣六嫁汾钎瘟第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,若满足下列条件之一者,必须设置膨胀节：,拱唁辊唁比柴麓纬超弟六钵氢刀浑汾崩淀菏菩嗡牲兆芦誉磐袁越宠涤乌栏第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,