化學(xué)設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)管殼式換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)

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)：27.1.2 .管殼式換熱器的分類1.固定管板式換熱器3固定管板換熱器 分為帶補(bǔ)償器和不帶補(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；管程與殼程溫差不大；殼程壓力不高。4看看二維圖特點(diǎn)1.一個(gè)大管板，一個(gè)小管板，小管板在殼體內(nèi)滑動(dòng)無溫差應(yīng)力；2.管束可以抽出，清洗；3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，浮頭內(nèi)漏不便檢查；4.管束與殼體間隙較大影響傳熱。.5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.

2、填料將殼程介質(zhì)與外界隔開，易外漏，介質(zhì)受限制；6U U型管式換熱器的二維圖型管式換熱器的二維圖1.只有一個(gè)管板，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2.管子可以抽出，管間易清洗；3.管子可以自由膨脹；4.管內(nèi)不便清洗，不易更換；5.結(jié)構(gòu)不緊湊。77.1.3.管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 殼體直徑及壁厚； 2.封頭法蘭、管件及補(bǔ)強(qiáng)； 3.管板結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度； 4.細(xì)部連接結(jié)構(gòu)； 5.附件結(jié)構(gòu)； 6.管子拉脫力驗(yàn)算； 7.殼體熱應(yīng)力校核； 8.支座設(shè)計(jì)。87.2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：9常用管子材質(zhì)：碳鋼（10，20），低合金鋼（16Mn,15MnV),合金鋼（1Cr18Ni9Ti)

3、,銅，鈦，鋁，塑料，石墨等。 管子選用，要注意 單位傳熱面積的金屬耗量， 傳熱效果， 結(jié)構(gòu)緊湊， 清洗及結(jié)垢等等因素。107.2.2 管子與管板的連接：1. 脹接 工具：11脹管結(jié)束後： 管板孔邊緣彈性回復(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。12優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單方便； 消除間隙避免間隙腐蝕。缺點(diǎn)：溫度升高時(shí)，管端會(huì)發(fā)生松弛 泄漏。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)？13 保證緊密性的方法：管板孔開槽；脹接周邊保證清潔；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：管端退火

4、處理。選材考慮。142.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。15管與管板焊接形式管與管板焊接形式：163.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：連接緊密，提高抗疲勞能力；消除間隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕；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。 焊接密封焊，強(qiáng)度焊。根據(jù)不同情況具體制定施工工藝。177.3.1 換熱管排列形式1.正三角形和轉(zhuǎn)正三角形排列182.正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列3.組合排列197.3.2 管間距

5、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。207.3.3 管板受力及管板設(shè)計(jì)方法21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)算均布載荷下的最大彎曲應(yīng)力。227.3.4 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）.管子太長(zhǎng)，設(shè)備長(zhǎng)徑比過大，浪費(fèi)材料； 2）.增加流速，提高傳熱效果。2.分程要求： 1）各程管數(shù)大致相同； 2）相鄰程管壁溫差不大于28； 3）程間密封長(zhǎng)度應(yīng)

6、最短； 4）隔板形狀應(yīng)簡(jiǎn)單。3.常用管程數(shù)為：1，2，4，6，8，12。23管箱分程：分程舉例： 2程4程244.分程隔板及其與管板間的密封管箱結(jié)構(gòu)：25隔板：?jiǎn)螌蛹半p層。261.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)27 2.非固定式管板28 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。293.管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)兼作法蘭情況：30管板不兼作法蘭結(jié)構(gòu)：317.4 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-圓環(huán)形；c.扇形。32337.4.

7、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，迫使流體穿過管束。347.4.3 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)。357.5 溫差應(yīng)力7.5.1.溫差應(yīng)力的產(chǎn)生：LttLttsSSottt)()(0sSstttAEFLAEFL36ssttSSttssttAF 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)()( 00377.5.2 管子拉脫力的計(jì)算限于管子與管板脹接情況。1.介質(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382.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：

8、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39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； 兩者使管子受力方向相反取之差。40（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，管板孔不開槽 取2.0MPa。管端卷邊或管板孔開槽 取4.0MPa 。 許用

9、拉脫力q的確定：417.5.3 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?；蛘哒f，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：423.采用殼體與管束自由伸縮的結(jié)構(gòu)（1）填料函式換熱器43填料函結(jié)構(gòu)之三44 （2）浮頭式換熱器45浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)之二464.套管式結(jié)構(gòu)如三十萬噸合成氨裝置中的廢熱鍋爐；47氨合成塔中雙套管式觸煤筐冷管結(jié)構(gòu)487.5.4 膨脹

10、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)；493）夾殼式膨脹節(jié)4）波紋管502.必須設(shè)置膨脹節(jié)的條件：滿足下述條件之一者： 。管子拉脫力且殼壁應(yīng)力管壁應(yīng)力殼壁應(yīng)力 qq4); 03); 2 2); 2 ) 1tsBtt3.膨脹節(jié)的選用及安裝依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：GB16749-1997壓力容器波形膨脹節(jié)安裝注意：1）與殼體對(duì)接焊，保證焊透； 2）要進(jìn)行無損探傷； 3）最低點(diǎn)設(shè)置排液孔。51固定管板換熱器 分為帶補(bǔ)償器和不帶補(bǔ)償器兩種。優(yōu)點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 2）造價(jià)

11、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；管程與殼程溫差不大；殼程壓力不高。527.1.3.管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 殼體直徑及壁厚； 2.封頭法蘭、管件及補(bǔ)強(qiáng)； 3.管板結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度； 4.細(xì)部連接結(jié)構(gòu)； 5.附件結(jié)構(gòu)； 6.管子拉脫力驗(yàn)算； 7.殼體熱應(yīng)力校核； 8.支座設(shè)計(jì)。537.1.3.管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容 1. 殼體直徑及壁厚； 2.封頭法蘭、管件及補(bǔ)強(qiáng)； 3.管板結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度； 4.細(xì)部連接結(jié)構(gòu)； 5.附件結(jié)構(gòu)； 6.管子拉脫力驗(yàn)算； 7.殼體熱應(yīng)力校核； 8.支座設(shè)計(jì)。547.3.2 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。557.4 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-圓環(huán)形；c.扇形。567.4 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