《热交换器原理与设计》管壳式热交换器设计2123解读.ppt

其次章其次章 管壳式热交换器管壳式热交换器1管程管程与管束中流体相通的空间与管束中流体相通的空间壳程壳程换热管外面流体及相通空间换热管外面流体及相通空间管程管程管程管程壳程壳程壳程壳程管程管程管程管程二、构造设计二、构造设计21.1.管程构造管程构造 (1)管束分程管束分程(分程隔板分程隔板):):条件条件:当换热器所需换热面当换热器所需换热面，而管子又不能太长时，而管子又不能太长时，就要就要管数管数n (v)n (v)为使管内为使管内vv提高传热效果提高传热效果需分程需分程 管程数管程数:一般有一般有1，2，4，6，8，10，12等七种等七种,最简洁、最简洁、最常用的是单管程最常用的是单管程隔板布置方式隔板布置方式平行布置法平行布置法 T T形布置法形布置法分程的要求分程的要求:a.避开流体温差较大的两局部管束紧邻避开流体温差较大的两局部管束紧邻b.程与程之间温差不宜过大程与程之间温差不宜过大,不超过不超过2828c.应尽可能使各管程的换热管数大致一样应尽可能使各管程的换热管数大致一样d.分程隔板槽外形简洁分程隔板槽外形简洁,密封面长度较短密封面长度较短34管束分程布置图管束分程布置图流向流向5分程隔板与管板的连接形式分程隔板与管板的连接形式:隔板密封面通常隔板密封面通常10mm;对卧式换热器对卧式换热器:设置设置6mm的排液孔的排液孔,其位置按具体状况而定其位置按具体状况而定6壳体壳体折流板折流板折流杆折流杆防短路构造防短路构造壳程分程壳程分程2.壳程构造壳程构造 壳体壳体接收接收焊在壳体上，供壳程流体进、出。

焊在壳体上，供壳程流体进、出防冲挡板防冲挡板作用作用:减小流体的不均匀分布和对管束的侵蚀和震惊，减小流体的不均匀分布和对管束的侵蚀和震惊，在壳程进口接收处设置防冲挡板在壳程进口接收处设置防冲挡板.固定形式固定形式焊接在拉杆、定距管、折流板上焊接在拉杆、定距管、折流板上焊接在圆筒上焊接在圆筒上用用U U型螺栓固定在换热管上型螺栓固定在换热管上78设置条件设置条件:a.:a.当壳程进口管流体的当壳程进口管流体的v2v2值为以下数值时，值为以下数值时，应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒 (i)(i)非腐蚀非腐蚀,非磨蚀性单相流体非磨蚀性单相流体v2v22230kg/(m.s2)2230kg/(m.s2)(ii)(ii)其他液体，包括沸点下液体其他液体，包括沸点下液体v2v2740kg/(m.s2)740kg/(m.s2)b.b.有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物，物，应设置防冲板应设置防冲板导流筒导流筒作用作用:a.:a.充分利用换热面积充分利用换热面积,减小壳程进出口处死区减小壳程进出口处死区 b.b.也起防冲作用也起防冲作用 c.c.削减壳程进出口处压降削减壳程进出口处压降(外导流构造外导流构造)条件条件:当壳程进出口接收距管板较远，流体停滞区过大时，当壳程进出口接收距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒应设置导流筒分类分类：内导流筒和外导流筒两种内导流筒和外导流筒两种。

91011作用作用:a.a.提高壳程流体流速，增加湍动程度；使壳程流提高壳程流体流速，增加湍动程度；使壳程流 体体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数；垂直冲刷管束，提高壳程传热系数；b.b.削减结垢削减结垢c.c.支承管束支承管束折流板、支持板折流板、支持板折流板折流板构造形式构造形式弓形弓形圆盘圆盘-圆环形圆环形堰形折流板堰形折流板12过程设备设计过程设备设计(a)单弓形单弓形(d)圆盘圆盘-圆环形圆环形(c)三弓形三弓形(b)双弓形双弓形弓形缺口高度弓形缺口高度h h应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示，缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示，如单弓形折流板，如单弓形折流板，h=(0.20h=(0.200.45)D0.45)Di i，最常用，最常用0.25D0.25Di i1314圆盘圆盘-圆环形折流板圆环形折流板15图图2-22 2-22 单弓形折流挡板单弓形折流挡板图图2-24 2-24 圆盘圆盘圆环形折流挡圆环形折流挡1617布置原则布置原则:a.:a.一般应按等间距布置一般应按等间距布置 b.b.管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出口接收管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出口接收 折流板缺口布置原则折流板缺口布置原则:a.壳程为单相清洁流体时，折流板缺口壳程为单相清洁流体时，折流板缺口 (卧式卧式 应水平上下布置。

应水平上下布置假设气体中含有少量液体假设气体中含有少量液体,应在缺口朝上的应在缺口朝上的 折流板最低处开设通液口折流板最低处开设通液口;假设液体中含有少量气体，应在缺口朝下假设液体中含有少量气体，应在缺口朝下 的折流板最高处开通气口的折流板最高处开通气口;b.壳程介质为气液共存或液体中含有固体壳程介质为气液共存或液体中含有固体 颗粒时，折流板应垂直左右布置，并在颗粒时，折流板应垂直左右布置，并在 折流板最低处开通液口折流板最低处开通液口;c.间距：间距：L Lminmin不小于不小于0.20.2管内径管内径DiDi，且不小于，且不小于50mm50mm；L Lmaxmax不大于不大于DiDi；18过程设备设计过程设备设计壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置折流板缺口布置折流板缺口布置通液口通液口通液口通液口通气口通气口通气口通气口(a)(b)19过程设备设计过程设备设计卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固体颗粒时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板体颗粒时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口最低处开通液口通液口通液口折流板缺口布置折流板缺口布置(c)20折流板上管孔与换热管折流板上管孔与换热管折流板与壳体内壁之间折流板与壳体内壁之间过大过大泄露严峻泄露严峻,不利传热不利传热;易引起振动。

易引起振动过小过小安装困难安装困难间隙间隙折流板的排列方式：21缺口左右方穿插排列卧式热交换器中的排列方式缺口上下方穿插排列22折流板的安装折流板的安装d14mm时时23 折流板的固定 折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的拉杆构造 2425支持板支持板设置条件设置条件:当换热器在工艺上无须设置折流板，当换热器在工艺上无须设置折流板，但管子又比较长，超过最大无支撑跨距时，但管子又比较长，超过最大无支撑跨距时，需设置肯定数量的支持板，依据折流板处理需设置肯定数量的支持板，依据折流板处理.作用作用:a.:a.减小跨距减小跨距防振防振 b.b.支承管子支承管子增加管子刚度，防止管子产生过大挠度增加管子刚度，防止管子产生过大挠度外形尺寸外形尺寸:同折流板同折流板 最大无支撑跨距最大无支撑跨距:换热管外径10121416192532384557 最大无支撑跨距钢管-11001300150018502200250027503200有色金属管750850950110013001600190022002400280026过程设备设计过程设备设计A A、换热管外径、换热管外径14mm14mm时时点焊构造点焊构造B、换热管外径、换热管外径 14mm时时拉杆拉杆-定距管构造定距管构造dndn折流板、支持板固定方式：折流板、支持板固定方式：27拉杆数量拉杆数量:与拉杆直径，壳体与拉杆直径，壳体DNDN有关有关拉杆布置拉杆布置:尽量布置在管束的外边缘，对于大直径的尽量布置在管束的外边缘，对于大直径的 换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处 应布置适当数量的拉杆应布置适当数量的拉杆折流杆折流杆针对传统折流板针对传统折流板:有传热死区有传热死区,流体阻力流体阻力,易产生管振动等缺点易产生管振动等缺点开发开发 型折流杆型折流杆构造构造:1 1支撑杆支撑杆2 2折流杆折流杆3 3滑轨滑轨2829优点优点:a.传热量一样下，传热量一样下，p比弓形折流板降低比弓形折流板降低50%；b.没有传热死区没有传热死区 c.结垢速度快；结垢速度快；d.管束不易振动管束不易振动(壳程流体流向由横流变为轴流壳程流体流向由横流变为轴流)(4)防短路构造防短路构造目的目的:防止壳程流体，在某些区域短路防止壳程流体，在某些区域短路使传热效率增加使传热效率增加构造：构造：旁路挡板旁路挡板 图图挡管挡管 图图中间挡板中间挡板 图图30旁路挡板旁路挡板折流板折流板旁路挡板旁路挡板为了防止为了防止壳程边缘壳程边缘介质短路介质短路31挡管挡管挡挡管管挡管构造挡管构造防止管间短路；防止管间短路；分程隔板槽反面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管；分程隔板槽反面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管；挡管一般与换热管规格一样，可与折流板点焊固定，也可用挡管一般与换热管规格一样，可与折流板点焊固定，也可用拉杆带定距管或不带定距管代替。

拉杆带定距管或不带定距管代替挡管每隔挡管每隔3 34 4排换热管设置一根，但不设置在折流板缺口处排换热管设置一根，但不设置在折流板缺口处32中间挡板中间挡板中间挡板中间挡板U U形管束中心局部存在较大间隙形管束中心局部存在较大间隙 ，防止管间短路；，防止管间短路；中间挡板一般与折流板点焊固定；中间挡板一般与折流板点焊固定；壳体壳体DN500mmDN500mm时时设置设置1 1块挡板块挡板500500DNDN1000mm1000mm时时设置设置2 2块挡板块挡板DN1000mmDN1000mm时时设置不少于设置不少于3 3块挡板块挡板33(5)壳程分程壳程分程(纵向隔板纵向隔板)目的目的:a.:a.满足工艺设计要求满足工艺设计要求 b.b.增大壳程流体传热系数增大壳程流体传热系数型式型式:E:E型、型、F F型、型、G G型、型、H H型型保证隔板与壳体间密封保证隔板与壳体间密封防介质短路防介质短路纵向隔板与壳体的连接形式纵向隔板与壳体的连接形式:焊接焊接将隔板与壳体内壁焊接将隔板与壳体内壁焊接 可拆可拆有密封元件有密封元件壳程分程较管程分程困难，所以一般壳程壳程分程较管程分程困难，所以一般壳程22注注:折流板仅转变流向而不是分程折流板仅转变流向而不是分程34壳程分程壳程分程对分流对分流双分流双分流35其次节 管壳式热交换器的构造计算任务:确定设备的主要尺寸内容:管程流通截面积确定壳体直径壳程流通截面积进出口连接收尺寸一、管程流通截面积的计算单管程热交换器的管程流通截面积为：36式中：At为管程流通截面积，m2；Mt为管程流体的质量流量，Kg/s；t为管程流体的密度，Kg/m3；Wt为管程流体的流速，m/s；需管数n式中：d1管子内径，m；37每根管子的长度L为式中：F热计算所需要的传热面m2；d管子的计算直径，m计算直径的选取方法：计算直径的选取方法：一般状况下，管子的计算直径取换热系数小的那一侧的，只有在两侧的换热系数相近时才取平均直径作为计算直径。

38换热管的长度与壳体直径的比值在换热管的长度与壳体直径的比值在425之间；之间；一般为一般为610，对于立式热交换器而言比值为，对于立式热交换器而言比值为46假设算得的管长过长，则应当做成多程的热交换器假设算得的管长过长，则应当做成多程的热交换器换热管长度取值：换热管长度取值：管程数管程数Zt为为：式中：l所确定的管子的长度所确定的管子的长度mL管程总长管程总长，m；39管子的总根数n每程管数每程管数式中式中：流程数的选取：流程数的选取：过多过多隔板隔板在管板上占去过多的面积，管板排管数降低在管板上占去过多的面积，管板排管数降低增加流体穿过隔板垫片短路的时机增加流体穿过隔板垫片短路的时机增加流体的转弯次数及流淌阻力增加流体的转弯次数及流淌阻力流程数适中流程数适中40程数宜取偶数，以使流体的进、出口程数宜取偶数，以使流体的进、出口连接收做在同一封头管箱上，便于制造连接收做在同一封。