章?lián)Q熱器機(jī)械設(shè)計(jì)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(yè)/共59頁(yè)27.1.2 管殼式換熱器的分類(lèi)1. 固定管板式換熱器第2頁(yè)/共59頁(yè)3第3頁(yè)/共59頁(yè)4第4頁(yè)/共59頁(yè)5第5頁(yè)/共59頁(yè)6固定管板換熱器 分為帶補(bǔ)償器帶補(bǔ)償器和不帶補(bǔ)償器不帶補(bǔ)償器兩種。優(yōu)點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 2）造價(jià)低。缺點(diǎn)：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(yè)/共59頁(yè)7特點(diǎn):1. 1.一個(gè)大管板，一個(gè)小管板，小管板在殼體內(nèi)滑動(dòng)一個(gè)大

2、管板，一個(gè)小管板，小管板在殼體內(nèi)滑動(dòng)無(wú)溫差應(yīng)力；無(wú)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(yè)/共59頁(yè)8第8頁(yè)/共59頁(yè)9特點(diǎn)：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(kāi)，易外漏，介質(zhì)受限制。第9頁(yè)/共59頁(yè)101. 1.只有一個(gè)管板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；只有一個(gè)管板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yè)/共59頁(yè)11第11頁(yè)/共59頁(yè)127.1.3 管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)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(bǔ)強(qiáng)；封頭法蘭、管件及補(bǔ)強(qiáng)； 3.3.管板結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度；管板結(jié)構(gòu)及強(qiáng)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(yàn)算；管子拉脫力驗(yàn)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(jì)。支座設(shè)計(jì)。第12頁(yè)/共59頁(yè)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(yè)/共59頁(yè)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(yè)/共59頁(yè)157.2.2 管子與管板的連接：1. 脹接 工具：第15頁(yè)/共59頁(yè)16第16頁(yè)/共59頁(yè)17液壓脹接液壓脹接第17頁(yè)/共59頁(yè)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(guò)程發(fā)生：管子端部塑性變形；管板孔邊緣彈性變形。第18頁(yè)/共59頁(yè)19優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單方便； 消除間隙避免間隙腐蝕避免間隙腐蝕。缺點(diǎn)：溫度升高時(shí)，管端會(huì)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(shí)現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)？第19頁(yè)/共59頁(yè)20 保證緊密性的方法： 管板孔開(kāi)槽；管板孔開(kāi)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(yè)/共59頁(yè)212. 焊接優(yōu)點(diǎn)： 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(jiǎn)單； 壓力不高時(shí)可用薄管板。缺點(diǎn)： 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(yè)/共59頁(yè)22管與管板焊接形式管與管板焊接形式：第22頁(yè)/共59頁(yè)23管板管板焊接管口焊接管口第23頁(yè)/共59頁(yè)243.脹焊并用 克服了單純的焊接及脹接的缺點(diǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)是：主要優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)度脹。 焊接密

7、封焊，強(qiáng)度焊。根據(jù)不同情況具體制定施工工藝。第24頁(yè)/共59頁(yè)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(yè)/共59頁(yè)262.正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列3.組合排列第26頁(yè)/共59頁(yè)277.3.2 管間距換熱管中心距。要考慮到： 管板強(qiáng)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(yè)/共59頁(yè)287.3.3 管板受力及管板設(shè)計(jì)方法第28頁(yè)/共59頁(yè)29管板設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介：管板厚度設(shè)計(jì)方法。1）管板當(dāng)作受均布載荷的實(shí)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(jì)算各種載荷作用下的彎曲應(yīng)力；3）取相鄰四個(gè)管板孔間的菱形，按彈性理論，計(jì)算均布載

8、荷下的最大彎曲應(yīng)力。第29頁(yè)/共59頁(yè)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(zhǎng)，設(shè)備長(zhǎng)徑比過(guò)大，浪費(fèi)材料；）管子太長(zhǎng)，設(shè)備長(zhǎng)徑比過(guò)大，浪費(fèi)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(zhǎng)度應(yīng)最短；）程間密封長(zhǎng)度應(yīng)最短； 4 4）隔板形狀應(yīng)簡(jiǎn)單。）隔板形狀應(yīng)簡(jiǎn)單。3. 常用管程數(shù)為：1，2，4，6，8，12。第30頁(yè)/共59頁(yè)31管箱分程：分程舉例： 2程4程第31頁(yè)/共59頁(yè)324.分

9、程隔板及其與管板間的密封管箱結(jié)構(gòu)：第32頁(yè)/共59頁(yè)33隔板：?jiǎn)螌蛹半p層。第33頁(yè)/共59頁(yè)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(yè)/共59頁(yè)35 2.非固定式管板第35頁(yè)/共59頁(yè)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(yè)/共59頁(yè)373.管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)兼作法蘭情況：第37頁(yè)/共59頁(yè)38管板不兼作法蘭結(jié)構(gòu)：第38頁(yè)/共59頁(yè)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(dòng)方向提高傳熱效率。 b. 支撐換熱管。形式：a. 弓形；b. 圓盤(pán)-圓環(huán)形；c.

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

11、質(zhì)壓力和溫差力對(duì)管板的作用：假設(shè) 管壁溫度殼壁溫度第45頁(yè)/共59頁(yè)462.拉脫力的計(jì)算 計(jì)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(yè)/共59頁(yè)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(zhǎng)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(yè)/共59頁(yè)48（4）拉脫力判據(jù)：計(jì)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(kāi)槽 取2.0MPa。管端卷邊或管板孔開(kāi)槽 取4.0MPa 。 許用拉脫力q的確定：第48頁(yè)/共59頁(yè)497.5.3 溫差應(yīng)力的補(bǔ)償目的：解決殼體與管束軸向變形的不一致性。或者說(shuō)，消除殼體與管子間的剛性約束，實(shí)現(xiàn)殼體和管子自由伸縮。補(bǔ)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(shí)，對(duì)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(jiàn)書(shū)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(yè)/共59頁(yè)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(yè)/共59頁(yè)51填料函結(jié)構(gòu)之三第51頁(yè)/共59頁(yè)52 （2）浮頭式換熱器第52頁(yè)/共59頁(yè)53浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)之二第53頁(yè)/共59頁(yè)544.套管式結(jié)構(gòu)如三十萬(wàn)噸合成氨裝置中的廢熱鍋爐；第54頁(yè)/共59頁(yè)55氨合成塔中雙套管式觸煤筐冷管結(jié)構(gòu)第55頁(yè)/共59頁(yè)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(duì)管子與殼體的膨脹變形差進(jìn)行補(bǔ)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(yè)/共59頁(yè)573）夾殼式膨脹節(jié)4）波紋管第57頁(yè)/共59頁(yè)582.必須設(shè)置膨脹節(jié)的