《热交换器原理与设计》课程教学课件—02管壳式热交换器.ppt

第第2章章 管壳式热交换器2.1.1类类型和型和标标准准国家国家质质量技量技术监术监督局督局发发布：布：管壳式管壳式换热换热器器标标准准GB1511999（1999-02-26发发布布2000-01-01实实施）施）2.1 管壳式热交换器的类型、标准与结构固定管板式：固定管板式：将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上， 管板与壳体固定在一起管板与壳体固定在一起优点：结构简单，制造成本低，规格范围广，工程中应用广泛优点：结构简单，制造成本低，规格范围广，工程中应用广泛缺点：壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对较脏缺点：壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对较脏 或有腐蚀性介质不能走壳程当壳体与换热管温差很大时，或有腐蚀性介质不能走壳程当壳体与换热管温差很大时， 可设置单波或多波膨胀节减小温差应力可设置单波或多波膨胀节减小温差应力 管壳式换热器结构名称管壳式换热器结构名称单单程管壳式程管壳式换热换热器器1外壳，外壳，2管束，管束，3、4接管，接管，5封封头头6管板，管板，7折流板折流板管子两端固定在管板上，管束与管板再封装管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。

两种流体分在外壳内两种流体分管程管程和和壳程U U形管式：形管式：将换热管弯成将换热管弯成U形，管子两端固定在同一块形，管子两端固定在同一块 管板上，弯曲端不加固定管板上，弯曲端不加固定 换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力 只有一块管板，结构较简单，管束可从壳体内抽出，壳侧只有一块管板，结构较简单，管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗困难，管内介质必须清洁且不易结垢便于清洗，但管内清洗困难，管内介质必须清洁且不易结垢 壳程可设置纵向隔板，将壳程分为两程壳程可设置纵向隔板，将壳程分为两程浮头式：浮头式：一端管板与壳体固定，另一端管板可以在壳体内自由浮动一端管板与壳体固定，另一端管板可以在壳体内自由浮动优点：优点：1.壳体和管束热变形自由，不产生热应力壳体和管束热变形自由，不产生热应力2.管束可从壳体中抽出，便于壳程的检修和清洗管束可从壳体中抽出，便于壳程的检修和清洗缺点：缺点：1.浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，使壳体直径增大浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，使壳体直径增大2.浮头与壳体之间形成阻力较小的环形通道，部分流体将经浮头与壳体之间形成阻力较小的环形通道，部分流体将经此处旁通而不参加换热。

此处旁通而不参加换热适用：适用：管壳间温差大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况管壳间温差大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况填料函式：填料函式：一端管板固定，另一端管板在填料函中滑动一端管板固定，另一端管板在填料函中滑动 将浮头露在壳体外面的浮头式换热器，将浮头露在壳体外面的浮头式换热器， 又称外浮头式换热器又称外浮头式换热器 填料密封处容易泄露，不宜用于易挥发、易燃、易爆、填料密封处容易泄露，不宜用于易挥发、易燃、易爆、有毒和高压的流体有毒和高压的流体且制造复杂，安置不便且制造复杂，安置不便主要部件的分类及代号主要部件的分类及代号(a)等等边边三角形法；三角形法；(b)同心同心圆圆法；法；(c)正方形法正方形法 图2.8 管子在管板上的排列2.1.2管子在管板上的固定与排列管子在管板上的固定与排列换热换热管外径管外径10 12 14 16 19 20 22 25 30 32 35 38 45 50 55 57换热换热管中心管中心距距s131416 19 22 25 26 28 32 38 40 44 48 57 64 70 72分程隔板槽两分程隔板槽两侧侧相相邻邻管中心管中心距距lE28 30 32 35 38 40 42 44 50 52 56 60 68 76 78 80表表2.2换热换热管中心距管中心距mm浮头式：DL=Di 2(b1+b2+b)固定管板式、U型管式：DL=Di2b3b3=0.25d；且10mm布管限定圆管板与壳体的连接2.1.3管板管板换热换热管外管外径径d02525d05050管板最小管板最小厚度厚度min用于易燃易爆用于易燃易爆有毒介有毒介质质等等场场合合d0其他其他场场合合0.75d00.70d00.65d0表 2.3 管板最小厚度 mm程程数数24(平行平行)4(丁字形丁字形)6分分程程图图流口流口体端体端进进隔隔出出板板另另一一隔端隔端板板分程隔板分程隔板2.1.5纵纵向隔板、折流板和支持板向隔板、折流板和支持板为为提高流体流速和湍流程度，提高流体流速和湍流程度，强强化壳程流体化壳程流体传热传热，在壳程常装，在壳程常装设纵设纵向隔板或折流板。

向隔板或折流板折流板除使流体横折流板除使流体横过过管束流管束流动动外，外，还还有支撑有支撑管束、防止管束振管束、防止管束振动动和弯曲的作用和弯曲的作用折流板常用形式有：弓形、折流板常用形式有：弓形、盘环盘环形形(或称或称圆圆盘盘圆环圆环形形)弓形折流板有弓形折流板有单单弓形、双弓形和三弓形三种弓形、双弓形和三弓形三种弓形弓形圆盘形圆盘形管板管板折流板折流板管板管板圆盘形折流板圆盘形折流板(b)缺口左右交替排列缺口左右交替排列图图2.18弓形折流板的排列弓形折流板的排列图图2.20缺口高度及板缺口高度及板间间距距对对流流动动的影响的影响(a)缺口高度缺口高度过过小，板小，板间间距距过过大大(c)缺口高度缺口高度过过大，板大，板间间距距过过小小(b)正常，缺口高度正常，缺口高度应应使流体通使流体通过过缺口缺口时时与横与横过过管束管束时时的流速相近的流速相近b)正常正常(a)缺口上下交替排列缺口上下交替排列(a)(c)缺口弦高一般缺口弦高一般为为壳体内径的壳体内径的20%45%折流板折流板间间距距壳体内径的壳体内径的1/5(最小最小50mm)换热换热管外径管外径10121416192532384557碳素碳素钢钢和高合金和高合金钢钢,400;低合金低合金钢钢450;镍铜镍铜合金合金300;镍镍450;镍铬铁镍铬铁合金合金54090010001100 1300 150018502200250027503150在在标标准允准允许许的温度的温度范范围围内内:铝铝和和铝铝合合金金,铜铜和和铜铜合金合金,钛钛和和钛钛合金合金,锆锆和和锆锆合金合金7508509501100 130016001900220024002750表表2.4最大无支撑跨距最大无支撑跨距单单位：位：mm图图2.21折流板的安装和固定折流板的安装和固定2.1.6挡挡管和旁路管和旁路挡挡板板浮浮头头式式热热交交换换器中，由于安装浮器中，由于安装浮头头法法兰兰需要，需要，圆圆筒内有一筒内有一圈圈较较大没有排列管子的大没有排列管子的间间隙，使部分流体由此隙，使部分流体由此间间隙短路，使隙短路，使主流速度及主流速度及换热换热系数下降。

而旁路流体未系数下降而旁路流体未经换热经换热就达出口，就达出口，与主流混合必使流体出口温度达不到与主流混合必使流体出口温度达不到预预期数期数值值挡挡管和旁路管和旁路挡挡板就是板就是为为了防止流体短路而了防止流体短路而设设立的构件立的构件挡挡管是两端堵死的管子，安置在相管是两端堵死的管子，安置在相应应于分程隔板槽后面的于分程隔板槽后面的位置上，每根位置上，每根挡挡管占据一根管占据一根换热换热管的位置，但不穿管的位置，但不穿过过管板，管板，用点用点焊焊的方法固定于折流板上通常每隔的方法固定于折流板上通常每隔34排管子安排一排管子安排一根根挡挡管，但不管，但不应设应设置在折流板缺口置在折流板缺口处处，也可用，也可用带带定距管的拉定距管的拉杆来代替杆来代替挡挡管旁路旁路挡挡板可减小管束外板可减小管束外环间环间隙的短路，用它增加阻力，迫隙的短路，用它增加阻力，迫使大部分流体通使大部分流体通过过管束管束进进行行热热交交换换其厚度一般与折流板厚其厚度一般与折流板厚度相同，将它嵌入折流板槽内，并点度相同，将它嵌入折流板槽内，并点焊焊在每在每块块折流板上折流板上图图2.22旁路旁路挡挡板板图图2.23旁路旁路挡挡板和板和挡挡管管2.1.7防冲板和防冲板和导导流筒流筒当管程采用当管程采用轴轴向入口或向入口或换热换热管内流速超管内流速超过过3m/s，应设应设置置防冲板，以减少流体分布不均和防冲板，以减少流体分布不均和对换热对换热管端的冲管端的冲蚀蚀。

防冲板防冲板结结构尺寸构尺寸v防冲板外表面到壳体内壁的距离不小于接管内径的防冲板外表面到壳体内壁的距离不小于接管内径的1/4，其通道流通面，其通道流通面积须积须大于接管流通面大于接管流通面积积；v防冲板的直径或防冲板的直径或边长边长，应应大于接管外径大于接管外径50mm；v防冲板最小厚度：碳防冲板最小厚度：碳钢为钢为4.5mm，不，不锈钢为锈钢为3mm防冲板固定形式防冲板固定形式v防冲板的两防冲板的两侧焊侧焊在定距管或接杆上，也可同在定距管或接杆上，也可同时焊时焊在在靠近管板的第一靠近管板的第一块块折流板上；折流板上；v防冲板防冲板焊焊在在圆圆筒上；筒上；v用用U形螺栓将防冲板固定在形螺栓将防冲板固定在换热换热管上（不允管上（不允许许防冲板防冲板焊焊在在换热换热管上）图图2.24防冲板的形式防冲板的形式a)内内导导流筒流筒b)外外导导流筒流筒图图2.25导导流筒的流筒的结结构构导导流筒流筒v在立式在立式换热换热器壳程中，器壳程中，为为使气、液介使气、液介质质更均匀地流入管更均匀地流入管间间，防止流体防止流体对进对进口口处处管束段的冲刷，而采用管束段的冲刷，而采用导导流筒流筒结结构v导导流筒有内流筒有内导导流筒与外流筒与外导导流筒两种形式。

内流筒两种形式内导导流筒的流筒的结结构构简简单单、制造方便，但它占据壳程空、制造方便，但它占据壳程空间间，而使布管数相，而使布管数相应应减少外外导导流筒是在流筒是在进进口口处处采用采用扩扩大大环环形通道，考形通道，考虑虑到到环环形通道形通道进进口口处处的的线线速度速度较较高，高，为为保保证证气体沿气体沿圆圆周方向均匀的周方向均匀的进进入，入，导导流筒流筒应应做成斜口形做成斜口形v1.内内导导流筒流筒导导流筒外表面到壳体流筒外表面到壳体圆圆筒内壁的距离宜不小于筒内壁的距离宜不小于接管外径的接管外径的1/3导导流筒端部至管板的距离，流筒端部至管板的距离，应应使使该处该处的流通的流通面面积积不小于不小于导导流筒的流筒的处侧处侧流通面流通面积积v2.外外导导流筒流筒内内衬衬筒表面到外筒表面到外导导流筒的内表面流筒的内表面间间距距为为：接管外径接管外径d200mm时时，间间距不小于距不小于50mm；接管外径接管外径d200mm时时，间间距不小于距不小于75mm；立式外立式外导导流流换热换热器，器，应应在内在内衬衬筒下端开泪孔筒下端开泪孔拉杆的布置拉杆的布置v拉杆拉杆应应尽量均匀布置在管束的外尽量均匀布置在管束的外边缘边缘。

对对大直径大直径换热换热器，在布管区内或靠近折流板缺口器，在布管区内或靠近折流板缺口处应处应布置适当数量布置适当数量的拉杆，任何折流板的拉杆，任何折流板应应不少于不少于3个支承点个支承点v拉杆布置拉杆布置应应根据折流板缺口位置及折流板缺口与壳程根据折流板缺口位置及折流板缺口与壳程进进出管的相出管的相对对位置定设计设计中注意事中注意事项项v设设置排气孔和排液孔，注意排气孔和排液孔与管板置排气孔和排液孔，注意排气孔和排液孔与管板连连接螺栓的位置，不要影响螺栓的拆卸；接螺栓的位置，不要影响螺栓的拆卸；v注意折流板缺口与注意折流板缺口与进进出管的相出管的相对对位置，缺口位置，缺口应应与与进进出出管垂直；管垂直；v注意管壳注意管壳层试验压层试验压力的确定；力的确定；v对对多管程，注意分程隔板的多管程，注意分程隔板的设设置与密封面的关系；置与密封面的关。