管壳式换热器Word文件下载.docx

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2014年6月9日

目录

第一章管壳式换热器的形式与结构1

1.1固定管板式换热器1

1.1.1固定管板式换热器结构1

1.1.2固定式管板式换热器特点2

1.2浮头式换热器2

1.2.1浮头式换热器结构3

1.2.2浮头式换热器特点3

1.3U型管式换热器3

1.3.1U型管式换热器结构3

1.3.2U型管式换热器特点4

1.4填料函式换热器4

1.5釜式重沸器5

第二章换热管与管板连接方式5

2.1强度胀接5

2.2强度焊接6

2.3　胀焊并用6

第三章换热器主要强度计算内容7

第一章管壳式换热器的形式与结构

管壳式换热器是把管子与管板连接，再用壳体固定。

它的形式大致分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式、斧头重沸器等几种。

根据介质的种类、压力、温度、污垢和其他条件，管板与壳体的连接的各种结构特点，传热管的形状与传热条件，造价，维修检验方面等情况来选择设计制造各种管壳式换热器。

1.1固定管板式换热器

1.1.1固定管板式换热器结构

固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。

1.1.2固定式管板式换热器特点

固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。

壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。

当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。

固定管板式换热器的特点是：

1、旁路渗流较小；

2、锻件使用较少，造价低；

3、无内漏；

4、传热面积比浮头式换热器大20%～30%。

固定管板式换热器的缺点是：

1、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差t≤50℃,当t≥50℃时必须在壳体上设置膨胀节；

2、易产生温差力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；

3、壳程无法机械清洗；

4、管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低。

1.2浮头式换热器

1.2.1浮头式换热器结构

新型浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成.

1.2.2浮头式换热器特点

浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。

这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。

其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。

浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。

1.3U型管式换热器

1.3.1U型管式换热器结构

U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好;

管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。

U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。

1.3.2U型管式换热器特点

U型管式换热器结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；

管束可抽出，管间（壳程）清洗方便。

质量轻，适用于高温和高压的场合。

管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料，由于管子需要一定的弯曲半径，故管板利用率低；

管束最内层间距大，壳程易短路；

内层管子不能更换，因而抱人率高。

U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢，而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。

一般高温、高压、腐蚀性强的介质走管内，可是高压空间减小，密封易解决，并可节约材料和减少热损失。

1.4填料函式换热器

这种设备的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。

由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自由伸缩，不会产生壳壁与管壁热变形差而引起的热应力。

其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。

因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。

填料函式换热器现在已很少采用。

1.5釜式重沸器

这种换热器的管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构，所以它具有浮头式、U形管换热器的特点。

在结构上与其他换热器不同之处在于壳体上部设置一个蒸发空间，蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸气品质所决定。

产气量大、蒸气品质要求高者蒸发空间大，否则可以小些。

此种换热器与浮头式、U形管式换热器一样，清洗维修方便，可处理不清洁、易结构的介质，并能承受高温、高压。

第二章换热管与管板连接方式

换热管与管板的连接方法主要有强度胀接、强度焊接和胀焊并用。

2.1强度胀接

强度胀接是为保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。

利用胀管器插入管口旋转,将穿入管板孔内的管端部胀大,使管子达到塑性变形,同时管板孔被胀大,产生弹性变形。

胀管器退出后,管板弹性恢复,管子与管板的接触表面产生很大的挤压力,使管子与管板牢固地结合在一起,达到既密封又能抗拉脱力两个目的。

管板上的管孔,有孔壁开槽和孔壁不开槽2种,如图1所示。

目前采用的胀管工艺主要有滚压、水压胀接、爆炸胀接3种。

胀接适用于设计压力≤4MPa,设计温度≤300℃,无剧烈振动,无过大的温度变化,无明显的应力腐蚀的场合。

由于管子与管孔紧密贴合,可使管接头减少介质腐蚀,且能承受拉脱力。

2.2强度焊接

管束与管板焊接连接的适用场合主要是:

（1）管间距太小或薄管板无法采用胀接时;

（2）热循环剧烈和温差较高时;

（3）压力较高或连接紧密性有严格要求时。

它能保证焊接接头达到抗拉脱强度;

（4）维护有困难时,像原子能过程和某些化工过程中的换热器。

端面焊属于不完全熔焊,按其使用要求不同,其施焊深度分为:

（1）强度焊接（保证换热管和管板之间的连接强度）;

（2）密封焊接（仅在于起到密封作用）。

端面焊接接头具有焊接、外观检查与维修方便等优点,应用最为广泛。

但管子与管板之间存在间隙,不适用于有较大振动及有间隙腐蚀的场合。

2.3　胀焊并用

当密封性能要求较高、承受振动或疲劳载荷或有间隙腐蚀、采用复合管板时应该选择胀焊并用。

温度和压力较高,且在热变形、热冲击、热腐蚀和流体压力的作用下,换热管与管板连接处极易被破坏,采用胀接或焊接均难以保证连接强度和密封性的要求。

目前较广泛采用的是胀焊并用的方法。

试验证明,胀焊并用提高了接头的抗疲劳性能,可以有效地消除应力腐蚀和间隙腐蚀,提高其使用寿命。

另外胀焊结合,管程介质对管板的传热面积比壳程介质对管板的传热面积大许多倍,尤其是厚管板的情况。

这可减少管板两侧的温度差,减少管板翘曲,利于管板密封的可靠性。

胀焊连接按胀接和焊接要求不同,可分为强度焊+贴胀、强度焊+强度胀、强度胀+密封焊、强度胀+贴胀+密封焊、强度焊+强度胀+贴胀等。

第三章换热器主要强度计算内容

换热器的受力情况与容器有所不同，如固定管板式换热器，壳体和管壁除受壳程和管程的流体压力产生的轴向应力和周向应力外，还受到管、壳壁温差造成的轴向温差应力。

因此，尽管换热器的壳体、管子、封头、法兰、开孔等按一般受压容器计算的强度得到满足，但在操作时仍然可能。

遇到下列几种特有的破坏情况:

1.管板太薄，因流体压力和温差应力的作用，产生过大的翘曲变形，从而破坏了结构及管、壳程之间的密封。

2.在壳壁和管壁中产生过大的轴向应力，当它超过材料允许的极限时，则壳体或管子将遭到破坏。

3.由于管子受到的轴向力过大，使管子和管板在胀接连接处被拉脱，换热器遇到破坏。

设计换热器时必须对上述情况充分考虑并进行强度计算，以免发生此类破坏。

可见，换热器强度计算应包括两部分内容，第一部分是作为受压容器，计算筒体、封头、法兰、开孔、支座等，这与一般容器设计相同;

第二部分是换热器特有的强度计算，包括管板厚度计算、筒体轴向应力校核、管子轴向应力和拉脱力校核等项。

如果换热器采用膨胀节，则还需进行膨胀节的计算。