章?lián)Q熱器機(jī)械設(shè)計PPT課件

1、1接管法蘭管箱容器法蘭排氣管膨脹節(jié)管板拉桿定距管折流板換熱管殼程接管支座排污口管程接管7.1.1 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)：第1頁/共59頁27.1.2 管殼式換熱器的分類1. 固定管板式換熱器第2頁/共59頁3第3頁/共59頁4第4頁/共59頁5第5頁/共59頁6固定管板換熱器 分為帶補償器帶補償器和不帶補償器不帶補償器兩種。優(yōu)點：1）結(jié)構(gòu)簡單； 2）造價低。缺點：1）殼程難清洗； 2）存在有溫差應(yīng)力。介質(zhì)須較清潔，不易結(jié)垢；介質(zhì)須較清潔，不易結(jié)垢；管程與殼程溫差不大；管程與殼程溫差不大；殼程壓力不高。殼程壓力不高。第6頁/共59頁7特點:1. 1.一個大管板，一個小管板，小管板在殼體內(nèi)滑動一個大

2、管板，一個小管板，小管板在殼體內(nèi)滑動無溫差應(yīng)力；無溫差應(yīng)力；2. 2.管束可以抽出，清洗；管束可以抽出，清洗；3.3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，浮頭內(nèi)漏不便檢查；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，浮頭內(nèi)漏不便檢查；4. 4.管束與殼體間隙較大管束與殼體間隙較大影響傳熱。影響傳熱。.第7頁/共59頁8第8頁/共59頁9特點：1. 一端可自由伸縮 不產(chǎn)生熱應(yīng)力；2. 管束可以抽出，管內(nèi)外均易清洗；3. 填料將殼程介質(zhì)與外界隔開，易外漏，介質(zhì)受限制。第9頁/共59頁101. 1.只有一個管板，結(jié)構(gòu)簡單；只有一個管板，結(jié)構(gòu)簡單；2. 2.管子可以抽出，管間易清洗；管子可以抽出，管間易清洗；3.3.管子可以自由膨脹；管子可以自由膨脹；4. 4

3、.管內(nèi)不便清洗，不易更換；管內(nèi)不便清洗，不易更換；5. 5.結(jié)構(gòu)不緊湊。結(jié)構(gòu)不緊湊。第10頁/共59頁11第11頁/共59頁127.1.3 管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計內(nèi)容 1. 1.殼體直徑及壁厚；殼體直徑及壁厚； 2. 2.封頭法蘭、管件及補強；封頭法蘭、管件及補強； 3.3.管板結(jié)構(gòu)及強度；管板結(jié)構(gòu)及強度； 4. 4.細(xì)部連接結(jié)構(gòu)；細(xì)部連接結(jié)構(gòu)； 5. 5.附件結(jié)構(gòu)；附件結(jié)構(gòu)； 6. 6.管子拉脫力驗算；管子拉脫力驗算； 7. 7.殼體熱應(yīng)力校核；殼體熱應(yīng)力校核； 8. 8.支座設(shè)計。支座設(shè)計。第12頁/共59頁137.2 換熱管的選用及其與管板的連接7.2.1 換熱管選用 常用管子形式：第13

4、頁/共59頁14常用管子材質(zhì)：碳鋼（碳鋼（1010，2020），低合金），低合金鋼（鋼（16Mn,15MnV),16Mn,15MnV),合金鋼（合金鋼（1Cr18Ni9Ti),1Cr18Ni9Ti),銅，鈦，鋁，塑料，石墨等。銅，鈦，鋁，塑料，石墨等。 管子選用，要管子選用，要注意注意 單位傳熱面積的金屬耗量，單位傳熱面積的金屬耗量， 傳熱效果，傳熱效果， 結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)緊湊， 清洗及結(jié)垢等等因素。清洗及結(jié)垢等等因素。第14頁/共59頁157.2.2 管子與管板的連接：1. 脹接 工具：第15頁/共59頁16第16頁/共59頁17液壓脹接液壓脹接第17頁/共59頁18脹管結(jié)束後： 管板孔邊緣彈

5、性回復(fù)，擠壓管端并貼緊。脹管過程發(fā)生：管子端部塑性變形；管板孔邊緣彈性變形。第18頁/共59頁19優(yōu)點：工藝簡單方便； 消除間隙避免間隙腐蝕避免間隙腐蝕。缺點：溫度升高時，管端會發(fā)生松弛 泄漏泄漏。適用條件：p4.0MPa , t350。 注意：管端硬度管板硬度。為什麼？為什麼？ 如何實現(xiàn)？如何實現(xiàn)？第19頁/共59頁20 保證緊密性的方法： 管板孔開槽；管板孔開槽； 脹接周邊保證清潔；脹接周邊保證清潔； 管子硬度低于管板孔周邊硬度。管子硬度低于管板孔周邊硬度。 保證管端硬度較低并且低于管板硬度的方法：保證管端硬度較低并且低于管板硬度的方法： 管端退火處理。管端退火處理。 選材考慮選材考慮。第

6、20頁/共59頁212. 焊接優(yōu)點： 高溫高壓下能保證連接的緊密性； 管板孔加工精度要求不高，低于脹接； 焊接工藝簡單； 壓力不高時可用薄管板。缺點： 存在焊接熱應(yīng)力應(yīng)力腐蝕； 管與孔間有間隙形成介質(zhì)死區(qū)，間隙腐蝕。第21頁/共59頁22管與管板焊接形式管與管板焊接形式：第22頁/共59頁23管板管板焊接管口焊接管口第23頁/共59頁243.脹焊并用 克服了單純的焊接及脹接的缺點，主要優(yōu)點是：主要優(yōu)點是： 連接緊密，提高抗疲勞能力；連接緊密，提高抗疲勞能力； 消除間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕；消除間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕； 提高使用壽命。提高使用壽命。施工方式：先脹後焊；先焊後脹。 脹接貼脹；強度脹。 焊接密

7、封焊，強度焊。根據(jù)不同情況具體制定施工工藝。第24頁/共59頁257.3.1 換熱管排列形式1.正三角形和轉(zhuǎn)正三角形排列第25頁/共59頁262.正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列3.組合排列第26頁/共59頁277.3.2 管間距換熱管中心距。要考慮到： 管板強度； 清洗空間； 管子在管板上的固定方法。等中心距1.25倍管子外徑。第27頁/共59頁287.3.3 管板受力及管板設(shè)計方法第28頁/共59頁29管板設(shè)計方法簡介：管板厚度設(shè)計方法。1）管板當(dāng)作受均布載荷的實心圓平板，按彈性理論求解彎曲應(yīng)力；2）管束作為彈性基礎(chǔ)，計算各種載荷作用下的彎曲應(yīng)力；3）取相鄰四個管板孔間的菱形，按彈性理論，計算均布載

8、荷下的最大彎曲應(yīng)力。第29頁/共59頁307.3.4 管程分程及管板與隔板的連接1.換熱面積較大，要進(jìn)行分程 1 1）管子太長，設(shè)備長徑比過大，浪費材料；）管子太長，設(shè)備長徑比過大，浪費材料； 2 2）增加流速，提高傳熱效果。）增加流速，提高傳熱效果。2. 分程要求： 1 1）各程管數(shù)大致相同；）各程管數(shù)大致相同； 2 2）相鄰程管壁溫差不大于）相鄰程管壁溫差不大于2828； 3 3）程間密封長度應(yīng)最短；）程間密封長度應(yīng)最短； 4 4）隔板形狀應(yīng)簡單。）隔板形狀應(yīng)簡單。3. 常用管程數(shù)為：1，2，4，6，8，12。第30頁/共59頁31管箱分程：分程舉例： 2程4程第31頁/共59頁324.分

9、程隔板及其與管板間的密封管箱結(jié)構(gòu)：第32頁/共59頁33隔板：單層及雙層。第33頁/共59頁341. 固定式管板用于固定式管板換熱器。7.3.5 管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第34頁/共59頁35 2.非固定式管板第35頁/共59頁36 浮頭式、U形管式和填料函式換熱器上的管板為可拆式結(jié)構(gòu)，以便清理殼程。第36頁/共59頁373.管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)兼作法蘭情況：第37頁/共59頁38管板不兼作法蘭結(jié)構(gòu)：第38頁/共59頁397.4 其它附件的作用與結(jié)構(gòu)7.4.1 折流板及支撐板作用：a. 提高殼程流體流速，改變流動方向提高傳熱效率。 b. 支撐換熱管。形式：a. 弓形；b. 圓盤-圓環(huán)形；c.

10、扇形。第39頁/共59頁40第40頁/共59頁417.4.2 旁路擋板 殼體與管束之間存在有較大間隙時，為避免流體走短路，沿縱向設(shè)置板條，迫使流體穿過管束。第41頁/共59頁427.4.3 攔液板作用：在立式冷凝器中，用來減薄管壁上的液膜以提高傳熱膜系數(shù)。第42頁/共59頁437.5 溫差應(yīng)力7.5.1.溫差應(yīng)力的產(chǎn)生：LttLttsSSottt)()(0sSstttAEFLAEFL第43頁/共59頁44ssttSSttssttAF AFAEAEttttF殼壁內(nèi)溫差應(yīng)力：管壁內(nèi)溫差應(yīng)力溫差軸向力:11)()( 00第44頁/共59頁457.5.2 管子拉脫力的計算限于管子與管板脹接情況。1.介

11、質(zhì)壓力和溫差力對管板的作用：假設(shè) 管壁溫度殼壁溫度第45頁/共59頁462.拉脫力的計算 計算的目的：保證脹接接頭的牢固連接和良好的密封性。 拉脫力定義：管子每平方米脹接周邊上所受的力，單位為帕。引起拉脫力的因素為：操作壓力和溫差力。（1）操作壓力引起的拉脫力qp:介質(zhì)壓力作用的面積 f 如圖示第46頁/共59頁47介質(zhì)壓力p，取管程壓力和殼程壓力兩者中的較大者。管子外徑為d0 ；管子脹接長度為l。則拉脫力為：ldpfqp0（2）溫差力引起的拉脫力 qt ：每根管承受溫差力為 tat 。則拉脫力為：ldddldaqitttt022004)(（3）合拉脫力：兩者使管子受力方向相同取之和； 兩者使

12、管子受力方向相反取之差。第47頁/共59頁48（4）拉脫力判據(jù)：計算合拉脫力必須小于許用拉脫力： qq管端不卷邊，管板孔不開槽 取2.0MPa。管端卷邊或管板孔開槽 取4.0MPa 。 許用拉脫力q的確定：第48頁/共59頁497.5.3 溫差應(yīng)力的補償目的：解決殼體與管束軸向變形的不一致性?；蛘哒f，消除殼體與管子間的剛性約束，實現(xiàn)殼體和管子自由伸縮。補償方法： 1.減小殼體與管束間的溫度差 使傳熱膜系數(shù)大的流體走殼程； 殼壁溫度低于管壁溫度時，對殼體進(jìn)行保溫。 2.裝設(shè)撓性構(gòu)件 殼體上安裝膨脹節(jié)；（見書P217 圖7-38） 將直管制成帶S形彎的管。如氨合成塔內(nèi)的冷管：第49頁/共59頁50

13、3.采用殼體與管束自由伸縮的結(jié)構(gòu)（1）填料函式換熱器第50頁/共59頁51填料函結(jié)構(gòu)之三第51頁/共59頁52 （2）浮頭式換熱器第52頁/共59頁53浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)之二第53頁/共59頁544.套管式結(jié)構(gòu)如三十萬噸合成氨裝置中的廢熱鍋爐；第54頁/共59頁55氨合成塔中雙套管式觸煤筐冷管結(jié)構(gòu)第55頁/共59頁567.5.4 膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)及設(shè)置裝在固定管板式換熱器上的撓性元件。1.膨脹節(jié)的作用及結(jié)構(gòu)形式：作用：對管子與殼體的膨脹變形差進(jìn)行補償，以消除或減小溫差應(yīng)力；2.結(jié)構(gòu)形式：1）平板焊接膨脹節(jié)；2）波形膨脹節(jié)；第56頁/共59頁573）夾殼式膨脹節(jié)4）波紋管第57頁/共59頁582.必須設(shè)置膨脹節(jié)的