列管式换热器制造与安装.doc

列管式换热器制造与安装 第1章 列管式换热器概述1.1 简介列管式换热器又称管壳式换热器，已有较长的历史，至今仍是应用最广泛的一种换热设备与其他的间壁换热器相比，单位体积的设备所能提供的传热面积要大得多，传热效果也较好由于结构紧凑、坚固，且能选用多种材料来制造，故适应性也较强尤其是在大型装置和高温、高压中得到普遍采用1.2 分类（1）按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等（2）根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式3）管式换热器：固定管板管式换热器、浮头管式换热器、管箱管式换热器、浮动盘管式管式换热器等（有些特殊行业使用非标换热器）（4）螺旋板式换热器：可拆式螺旋板式换热器和不可拆式螺旋板式换热1.3结构（1） 筒体（2） 管箱与封头（3） 管板折流板（4） 换热管1.4应用范围换热设备是用于将高温流体的热量向低温流体传输的传输设备的总称，是实现冷热流体间热量交换的装置换热设备广泛应用在石油、化工、轻工、动力、食品、冶金等行业，并且占有相当重要的地位第2章 列管式换热器工艺流程2.1工作原理进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。

为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度换热管在管板上按等边三角形或正方形排列等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程按换热方式可分为单壳程单管程换热器、双管程、多管程、多壳程换热器 最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程 同样，管壳式换热器为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程多管程与多壳程可配合应用2.2流程图2.3 结构图外形结构图2.4 材质的选择列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的目前 常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。

2.5主要结构尺寸 换热器主要结构尺寸参数管程壳程流率/（Kg/h)357915000进（出）口温度/℃10（17）80（20）压力/MPa4.50.3物性定性温度/℃13.550密度/Kg/m3999.71050定压比热容/[kJ/(kg/℃)]4.1913.5黏度/Pa·s1.306*10-3热导率/[W/(m·℃)]0.57410.61普朗特数9.5312.6设备结构参数形式浮头式壳程数1壳体内径/mm400台数1管径/mmΦ25*2.5管心距/mm32管长/mm6000管子排列正三角形管数目/根54折流板数/个49传热面积/m225.4折流板间距/mm120管程数2材质不锈钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.170.126表面传热系数[W/(m2·℃）41101203污垢热阻/(m2*℃/W）0.0003440.000172阻力/Pa259982860.4热流量/kW291.7传热温差/K26传热系数/[W/m2*℃]527.1裕度/%1.19 第3章 换热器的制造及组装1.设计任务书2. 概述与设计方案简介学生姓名班级安装1001指导教师题目换热器的制造与安装设计基本参数处理能力：5000kg/h设备型式：列管式换热器操作条件：冷却介质：水入口温度：10℃，出口温度：17℃ 果浆：入口温度：80℃，出口温度：20℃。

设计要求及内容1、设计方案简介 对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要论述2、主要设备的工艺设计计算 物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算3、辅助设备的选型 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定4、编写设计说明书 将设计所选定的工艺流程方案、主要步骤及计算结果汇集成工艺设计说明书应采用简练、准确的文字图表，实事求是地介绍设计计算过程和结果设计说明书要求在6000字以上，A4纸打印 设计说明书内容：（1） 封面（课程设计题目、学生班级、姓名、指导教师、时间）（2） 目录（3） 设计任务书（4） 概述与设计方案简介（5） 工艺及设备设计计算（6） 辅助设备的计算机选型（7） 设计结果汇总表（8） 设计评述（9） 参考资料（10） 主要符号说明（11） 致谢 各阶段时间安排（以天为单位）用一周时间集中进行1、 设计方案选定：0.5天2、 主要设备的工艺设计计算：2天3、 辅助设备的选型：0.5天4、 编写设计说明书：2天列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。

一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程管束的壁面即为传热面其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响2.1换热器 换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。

该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合间壁式换热器的应用广泛，形式繁多将在后面做重点介绍直接接触式换热器又称混合式换热器在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合工业上最常见的换热器是间壁式换热器根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。

这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内因此，这种换热器也称为管壳式换热器常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型2.2设计方案简介2.2.1 换热器类型的选择根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器1． 固定管板式换热器这类换热器如图1-1所示固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏2.U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。

此外，其造价比管定管板式高10%左右3. 浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合4.填料函式换热器填料函式换热器的结构如图1-4所示其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用2.3.1换热器类型的选择 所设计换热器用于冷却果浆，果浆粘度较大，易结垢，易腐蚀管道，所以选用浮头式换热器，浮头便于拆卸、清洗，且果浆走壳程也方便散热，与冷却介质温差较大，也避免产生温差应力产生管道变形。

综上所述，换热器选择浮头式，果浆走壳程2.3.2流径的选择 在具体设计时考虑到尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧传热系数接近；在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置，应尽量减少其冷量损失；管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性参考标准：(1) 不洁净和易结垢的流体宜走便于清洗管子，浮头式换热器壳程便于清洗2) 腐蚀性的流体宜走管内。