管殼式換熱器課件(同名1585)

殼程結構1、防沖擋板和導流筒2、折流板折流板的布置原則1、折流板一般應等距布置，盡量靠近殼程進出口接管。2、折流板最小間距應不小于殼體內直徑的1/5，且不小于50mm，最大間距應不大于殼體內直徑。3、折流板管孔與換熱管間隙、折流板與殼體內壁間隙不能太大或太小。4、弓形折流板缺口弦高一般?。?.20~0.45）Di，通常取0.25Di。5、支持板形狀與尺寸按折流板設計。折流板的安裝d≤14mm時折流桿F3、

殼

程

流

路DN≤500mm時，設一對旁路擋板。DN=500mm~1000時，設兩對旁路擋板。DN≥1000mm時，設三對旁路擋板。4、防短路結構每隔3~4排換熱管設置一根擋管，折流板缺口處不設擋管。管中間擋板一般與折流板點焊固定，其數(shù)量不宜多于4塊。DN≤500mm時，設一塊擋板。DN=500mm~1000時，設兩塊擋板。DN≥1000mm時，設不少于三塊擋板。對分流雙分流殼程分程6.2.3管板設計GB151《管殼式換熱器》1、影響管板強度計算的因素（1）管束對管板的約束作用（2）管孔對管板的削弱作用（3）管板周邊不布管區(qū)對管板應力的影響（4）管板邊緣的支承形式和連接結構（5）法蘭力距對管板應力的影響（1）把管板當作周邊支承、承受均布載荷作用的實心圓平板，應用平板理論得到圓平板最大彎曲應力，加入修正系數(shù)考慮管孔的削弱作用。這種設計方法對管板作了很大程度的簡化，是一種半徑驗公式，美國TEMA標準。2、管板強度計算的基本假設（2）把管板當作承受管束支承的固定圓平板，管板厚度取決于無管子支承區(qū)域的管板面積。這種方法適用于各種薄管板的強度校核及厚度計算。（3）把管板視為在廣義彈性基礎上承受均布載荷作用的多孔圓平板，即把實際的管板簡化為受到規(guī)則排列的管孔削弱、同時又被管子加強的等效彈性基礎上的均質等效圓平板。根據(jù)載荷大小、管束剛度和周邊支承情況來確定管板的彎曲應力。目前我國換熱器計算采用第三種方法。

3、

管

板

受

力

分

析管板危險截面環(huán)形不布管區(qū)外緣環(huán)形不布管區(qū)內緣圓形布管區(qū)最大徑向彎矩處危險工況組合Pt≠0，PS=0，△t=0σmax≤1.5[σ]tPS≠0，Pt=0，△t≠0Smax≤3SmPS≠0，Pt=0，△t=0σmax≤1.5[σ]tPt≠0，PS=0，△t≠0Smax≤3Sm增加管板厚度降低殼體軸向剛度4、管板應力的調整5、薄管板設計查表6-4確定或按JB/T6917《制冷裝置用壓力容器》6.2.4膨脹節(jié)設計

設置膨脹節(jié)的作用：（1）膨脹節(jié)是撓性構件，其軸向柔度大，在不大的軸向力作用下，可產(chǎn)生較大的軸向變形，可以有效地減小殼體和換熱管由于溫差產(chǎn)生的熱應力及換熱管與殼體上的軸向應力。（2）防止管子與管板連接處被拉脫。膨脹節(jié)的形式判斷是否需要設置膨脹節(jié)膨脹節(jié)的尺寸設計膨脹節(jié)的應力計算和強度校核GB16749《壓力容器波形膨脹節(jié)》膨脹節(jié)的計算6.2.5管束的振動和防振縱向流誘振橫向流誘振振動產(chǎn)生的不利后果機械失效噪音管子與管板連接處發(fā)生泄漏管子發(fā)生嚴重彎曲；交變應力導致管子發(fā)生疲勞破壞；換熱管的摩擦和碰撞；管子通過折流板處的自鋸作用；殼程流體壓力將增大；產(chǎn)生強烈的噪音（通常大于150分貝）卡曼渦街流體彈性激振流體彈性激振的特點自激性（1）殼程流體的流速達到或超過臨界流速（2）有其它的激振機理存在流體彈性激振的條件湍流顫振湍流顫振主頻率與換熱管自振頻率相等時會引起換熱管共振聲振動關于聲振動應注意的幾點（1）由于聲振強度隨殼程流體流速的增大而增大，但達到共振點以后，會隨殼程流體流速的增大而減小，所以聲振強度不會無限制地增大。（2）殼程流體的物理性質決定聲速，殼程流體為液體時，由于聲音在液體中傳播速度很高，很少會發(fā)生聲振動。（3）聲振動在順排管中比在錯排管中更容易發(fā)生，在轉角正方形排列的管束中最容易發(fā)生。射流轉換節(jié)徑比≤1.5橫流速度較低時卡曼渦街聲振動橫流速度較高時流體彈性激振橫流速度很高時射流轉換（1）改變流速（流量↓，管間距↑）。（2）改變管子固有頻率。

①減小跨距。②管子間插入桿狀物或板條。③增大管子的強度和剛度（如增大壁厚）。④增大管子支承的強度和剛度（如增大折流板的厚度、采用折流桿等）。

（3）增設消聲板。（4）抑制周期性旋渦。（5）設置防沖板或導流筒。防振措施2.管子固有頻率

3.防振措施6.2.6設計方法和工藝計算換熱器設計的主要任務是參數(shù)選擇和結構設計、傳熱計算及壓降計算等。設計主要包括殼體型式、管程數(shù)、換熱管類型、管長、管子排列、管子支承結構（如折流板結構等）、冷熱流體的流動通道、工藝設計和封頭、殼體、管板等零部件的結構、強度設計計算。

換熱器的工藝設計計算依據(jù)設計任務的不同可分為設計計算和校核計算兩種，包括計算換熱面積和選型兩個方面。管殼式換熱器工藝設計計算步驟圖6-30傳熱方程式Q=KA△tm§6-3

傳熱強化技術1、增大傳熱面積新型換熱器小直徑管翅片結構強化傳熱的途徑2、加大平均溫差逆流換熱3、提高傳熱系數(shù)選用導熱系數(shù)大的材料擴展表面管程分程防止結垢并及時除垢主動強化（有源強化）被動強化（無源強化）螺旋槽管槽管傳熱強化舉例螺旋翅片管翅片結構不適用于：高表面張力的液體冷凝含有大量固體顆粒的流體易結垢的流體其它形狀換熱管采用折流桿代替折流板采用新型折流板結構改變管子外形或在管子外加翅片殼程分程殼程強化傳熱余熱鍋爐——余熱鍋爐是利用工業(yè)生產(chǎn)中的余熱來生產(chǎn)蒸汽的一種換熱設備。廣泛應用于化工、石油、冶金等工業(yè)部門。余熱鍋爐的作用滿足工藝生產(chǎn)的需要提高熱能總利用率，節(jié)約一次能源消耗消除環(huán)境污染，減少公害作用：補充1：余熱鍋爐什么是鍋爐？燃煤鍋爐

燃油鍋爐

燃氣鍋爐

6.3.2余熱鍋爐的基本特點

與鍋爐基本相似，通常由省熱器、蒸發(fā)器和過熱器等部件組成。無燃燒裝置。結構形式多種多樣熱源廣，介質多種多樣，有些主體設備與輔助設備分散安裝在工藝流程的不同位置。操作不穩(wěn)定受到余熱源熱負荷波動的影響。有些水側、氣側均處于高溫、高壓條件下。6.3余熱鍋爐

1.管殼式余熱鍋爐：由鍋筒、管子及金屬殼體組成。結構緊湊、單位換熱面積的金屬消耗較少，適應的介質和操作條件較廣泛。

2.煙道式余熱鍋爐：與燃燒爐類似。在硫酸工業(yè)應用較廣。煙氣的含塵量高，受熱面磨損嚴重，腐蝕嚴重。6.3.3余熱鍋爐的基本結構

6.3余熱鍋爐（1）殼體和管箱的壁厚計算（2）換熱管與管板連接處的結構設計（3）殼體與管板連接結構設計（4）管板厚度計算（5）折流板、支持板等零部件的結構設計（6

換熱管與殼體在介質壓力和溫差聯(lián)合作用下的應力計算（7）管子拉脫力和穩(wěn)定性校核（8）判斷是否需要設置膨脹節(jié)，如果需要，則選擇膨脹節(jié)的結構形式及基本尺寸；（9）

膨脹節(jié)的應力計算及校核（10）接管、法蘭、支座等的選擇；開孔補強設及計算等；（11）換熱器的振動與防振如果選用換熱器，則應進行壓力降、傳熱面積及溫差應力校核等方面的計算。補充2：管殼式換熱器的機械設計計算步驟一單程固定管板式換熱器，設計壓力為0.9MPa，殼體直徑Di=1000mm。操作時管壁溫度為300℃，殼壁溫度為250℃，[σ]250=110MPa，[σ]300=101MPa。換熱管采用φ25×2.5mm無縫鋼管，長度L=3000mm，腐蝕裕量C2=3mm，要求換熱面積為151.5m2。（1）計算所需換熱管根數(shù)（2）計算換熱器殼體壁厚作業(yè)1、換熱管與管板有哪幾種連