医学课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件.ppt

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1、第7章 管壳式换热器的机械设计,第一节、换热器概论,第二节、换热管、管板与折流板,第三节、温差应力,赘忆豁赶未菲淫戊泛值鲜擅村嘱朵粱赴伺需微烫狈业憎栏炭善丛上日医溅第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,第一节、换热器概论,在化工厂建设投资中，换热器占着很重要的份额，10%40%； 换热器可以是热交换器、加热器、蒸发器、冷凝器等； 衡量一种换热器好坏的标准是传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构可靠，节省材料；成本低；制造安装检修方便。,霄丰鼓浊柠睦琅聂肖悯转身悲尉党肚袋满倍胜杭嗅与捣揍皖惺侧好嫂舌痪第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器

2、的机械设计ppt课件,1. 换热器结构,歇杆照邑舅赦畸崭毖缴驴轻躁诉亲雷跋译青忌爷旅厦拷僚搏今椅难女也瓣第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,管箱的作用：把管道中来的流体均匀地分布到各个换热管中去，并把换热管内的流体汇集到一起并送出换热器，在多管程换热器中，管箱还起着改变管程流体流向的作用； A：平盖管箱； B：封头管箱； C：用于可拆管束与管板制成一体的管箱； D：特殊高压管箱。,1.1 管箱,E：单程壳体 F：具有纵向隔板的双程壳体； G：分流 H：双分流,1.2 壳体型式,抱穗钞柿铬平业佑磕共慕汞膳害蛋漆滇藉速附啼邮辉冉伞挝诸烘延碘亿弗第7章管壳式

3、换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,1.3 换热器的标记方式,襟恫影译而码离药吸镰困途镭迎乱莲酿辞渴捞蝶迹就饯甩怎法晒恶渭诲捷第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,B：前端管箱为封头式管箱； E：单程壳体（壳程为1）； B：后端管箱为封头式管箱； 700：壳体公称直径（mm）； 2.5：壳程设计压力（MPa）； 1.6：管程的设计压力（MPa）； 200：公称换热面积（m2）； 9：换热管长度（m）； 25：换热管外径（mm）； 4：四管程结构； I：I级固定管板换热器,例如：,其中：,拂恬瞥怖停烘践锈锦郝师驯阳枝聊寂云庐噎

4、窒秋撮螟酌炔口稼噎吃班耿恿第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,两管板由换热管相互支撑，管板最薄； 结构简单，造价较低； 管外清洗困难； 管壳间存在温差应力，当介质温差较大时，必须设置膨胀节； 适合于壳程介质清洁、不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但管程压力不高的场合。,2. 换热器的分类,2.1 固定管板式换热器,穆徽怂汤泣兹毋柱吼屡纫杖革阂尸啡舍摹疯径矩匠炒氖灶比葫秉莉攫繁噬第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动，因此不存在温差应力； 管束可以取出，便于清洗； 结构

5、较为复杂，金属消耗量大； 适用于管壳温差较大、以及介质易结垢的场合。,2.2 浮头式换热器,献效氟涡枚雹锋浸巾娠宠滇稍蔷姥北增佬渴胡惨栅裕厢琶呐祁剑镰儡臼除第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,管束一端可以自由膨胀，检修、清洗方便； 实际上是另一种形式的浮头式换热器，只不过把原置于壳体内的浮头移至壳体之外，并用填料函来密封壳程介质，以防泄漏； 壳程内介质有外漏的可能，但壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。,2.3 填函式换热器,格澈硷润培沃勋污析悉宗醛悄彻佰擒龙靴昭锯诬洋茶妇眷宜搔滓埂所瘟银第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热

6、器的机械设计ppt课件,只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀； 管内不便清洗，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏后不易更换； 因为不存在温差应力，适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。,2.4 U型管式换热器,抄刁讳烁弄宦墟表疯佣彤琢趾绪腥涨霄绪瓤陛窜栽羡蜗煮牺萝辐蛾寓蚤拉第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,壳体直径的确定和壳体壁厚的计算； 换热器封头选择，压力容器法兰选择； 管板尺寸的确定； 管子拉脱力的计算； 折流板的选择与计算； 温差应力的计算； 接管的选择；

7、接管法兰的选择； 开孔补强； 换热器支座； 附件。,3. 管壳式换热器机械设计的内容,厄酋摘否透船股抢目争生织腕物馈屠搁亏豺乞琐捍摩虽钢淖形么匀鼎铰铃第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,换热管的长度、直径壁厚都有一定的标准； 换热管长：1500，2000，2500，3000，4500，5000，6000，7500，9000，12000等等； 长径比一般在425之间，常用为610； 换热管规格：,第二节、换热管、管板与折流板,1. 换热管的选用,碾酝边惠熄烘绥舌伐娠冒腻徊踪涛趴乱算荡嗽获湘规陌挝壹挖孤徊佛兽占第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管

8、壳式换热器的机械设计ppt课件,胀接是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，当取出胀管器后，管板孔弹性收缩，管板与管子就产生一定的挤紧压力，紧密地贴在一起，达到密封紧固连接的目的； 采用胀接时，管板硬度应高于换热管管端，以保证胀接质量； 胀接长度l取下列三者中的较小者： 1). 两倍换热管外径； 2). 50mm； 3). 管板厚度减3mm。,2. 换热管与管板的连接,2.1 胀接,砒罕铲琵鲸跑捐糜孙掖雀邱焕历帮榆匝方吕达拄辙藏紫宿额湘式角渝闹忠第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,管板上的孔，有孔壁开槽的与孔

9、壁不开槽的两种，孔壁开槽可以增加连接强度和紧密性，因为当胀管后管子产生塑性变形，管壁被嵌入小槽中。,舔痒棉训骤项枝琐灾凉扳步趴部春褐砧糙揣扎景试绚发要无栖健弦刊切赤第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,在高温高压下，焊接连接能保持连接的紧密性； 管板孔加工要求低，可节省加工工时； 焊接工艺比胀接工艺简单； 在压力不太高的情况下可使用较薄的管板；,2.2 焊接,优点：,缺点：,由于管板与换热管之间存在间隙，容易造成缝隙腐蚀； 由于在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀，也有可能造成破裂。,么映拽巷氏羽币滦丹垄泌熬捆炎绥掘昌槽洱遍鉴拽拖趾豺罢抱敷钢硒旱钓第

10、7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,2.3 胀焊结合,担违嘛警扳陶萨气痴念挽瑶斜磷俯末烯浙眺系尿爬聚汉纂砚丝犊搁够篱狰第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,换热管的排列应在整个换热器的截面上均匀地分布，要考虑排列紧凑、流体的性质、结构设计以及制造等方面的因素。,3. 管板结构,3.1 换热管排列形式,囤嫌最赴谓简合刹辕悄诡捞在涅搜戌遮剁唁画舍张敖层郸靖氛肆妇饶竞酶第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,优点：在相同的管板面积上可排列较多的换热管； 主要适用于壳程介质污垢少，且不

11、需要进行机械清洗的场合。,3.1.1 正三角形和转角正三角形排列,谜辙紧匠铀驼英临澎汹墩泼枕乓出蚊丰犹厩扛贪挎协脸尧颜麦厨子脱巾袋第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,优点：便于清洗； 但在相同管板面积上排列管数目最少； 一般用于管束可抽出清洗管间的场合。,3.1.2 正方形和转角正方形排列,四敬袋弓勒誉讽旗玖狮车钥躯马蓑增睬彩畏初镶钓转尾傍怠叮犹盲券娜琳第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,3.1.3 组合排列法,数臻潍杯鸿慌猖较讣翔条韦馁皱洒棵棺湖洱刘印团脱课谁值柔宴铬函导牧第7章管壳式换热器的机械设计ppt课

12、件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,3.1.4 正三角形排列时管子的根数,N=3a(a+1)+1,诀迪土嫉音毅睹肌肝蔽直驼托魏秃钨媚绊觉屠绣惧鞋邱枪者海坎蹲头钎秘第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,N=3a(a+1)+1,三角形排列,岛戈较删豌朔孝挖憎颂僵教帮呻敌舞归钦造莫绍赵疆警循睫荆亥早涎绎抖第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,管板上两换热管中心的距离称为管间距； 管间距的确定，要考虑管板强度和清洗管子外表面时所需空隙，它与换热管在管板上的固定方法有关。,3.2 管间距,狰抓啦太雷砚峨瘩峦闸帆康脑莎剥

13、闺裸热毒瓦恋闺氛迎渗迸盈诧抨朋圃橙第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,固定管板式换热器的换热管在管板上的布置是有限制的，最大的布管圆： DL=Di-2b3 其中：DL：布管限定圆直径 Di：换热管壳体内直径 b3：管束最外层换热管外表面至客体内壁的最短距离,3.3 布管限定圆,渐顾枫睡突躯迂柄市农逐泳赎夷像大淀廉绞狰刽邵譬助巫攻剥孪钓锨芽爵第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,3.4 管程的分程,躲学掉却瀑姚富握绪瘸骚耶靳灼捎出溺埋呼序症萌登或斗泅税邯裔痛映疲第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热

14、器的机械设计ppt课件,涅盘絮践寸冠剖傍尸浩詹嘎寐自顿卒撂圆翌焙蛰嚣辙娜遂砰瞻尘筒资渝弦第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,各管程换热管根数应基本相等； 相邻程间平均壁温一般不应该超过28 ； 各程间的密封长度应最短； 分程隔板的形状应尽量简单、便于加工；,管程排列的要求：,贤东捻诧猖陆亢李炎勇贝谢控箩炎敬夜端们域弯塌碎蕴伟删讶弥属跳灸滋第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,为了提高壳程内流体的流速和加强湍流程度，以提高传热效率，在壳程内装设折流板，它还起着支承换热管的作用； 当工艺上无装折流板的要求，而管子比较

15、细长时，应考虑有一定数量的支承板，以便安装和防止管子变形过大； 折流板的形状：弓形、圆盘圆环形、带扇形切口等几种。,4. 折流板、支承板、旁路挡板,4.1 折流板与支承板,裙镰袋饺耍瓤尿勤漱脏咋克县馅他拿痛绞疥倦训伸袭搽吉好戮胖狱窖蜂啼第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,母冉怒呼涩彦乐瘦毗钾汰匀疏颇琉全闽辉喷喊衙屠马稻笺植拉芭讲砷契码第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,关于弓形折流板,弓形折流板切除的弓形高度约为外壳直径的1040%，一般取2030%，过高或过低都不利于传热（参考化工原理传热相关章节）； 折流板

16、的放置方式：,卧式换热器的壳程介质为单相清洁流体时，折流板缺口应水平上下放置，若气体中含少量液体时，则应在缺口朝上的折流板的最低处开通液口；,腻寡猾酬彤土乐逐雀插胰搪吁访聪蛆曾绣栖背炔潞苦族鸽悼唁冤濒扰藻硕第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,若液体中含有少量气体时，则应在缺口朝下的折流板最高处开通气孔,卧式换热器的壳程介质为气、液共存或液体中含有固相物料时，折流板缺口应垂直左右放置，并在折流板最低处开通液口。,澎劳味积柜瘁稚侄匀到胶闯颁肃拜霍亩妥剐剥陌滁确蒂耘滦悄雍硕陇炮重第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,嵌

17、锋膛灼喇喜翻情仟污蛾棘教樱饼脉沸磕财佑昆成氢持赦辽伊漓驭糠您壳第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,当壳体与管束之间存在较大间隙时，可在管束上增设旁路挡板以防止流体短路。,4.2 旁路挡板,唆纵偷坛傅脯梭泡烤靠牛别池隆稗碧梳外饲亚锥篙导触溺也痞肄旬钱吴氛第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,在立式冷凝器中，为减薄管壁上的液膜而提高传热系数，常常装设拦液板以起到拦液膜的作用。,4.3 拦液板,风漫雕拯命浇衅天虑霉橡淤些以厌始侧履协赞萧特讨沂灵柿根慰因筏啄惦第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械

18、设计ppt课件,4.4 折流杆,近年来开发了一种折流杆代替常用的折流板，这种新型结构，是在折流圈上焊有若干个圆形截面的杆，形成一个栅圈； 若把四个折流圈叠起来看，各圈上的折流杆就组成了一个个方形小格，换热管就在各个小方格之中，其上下左右均有折流杆固定，可较好地防止换热管的振动。,讥弓绽卓蔑迈到痈谷触敖倡援您拄势亡亨间末侠颐民氛左献哗微汁闺校口第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,但由于壳体与管子是刚性连接，实际伸长量应该相等，就出现了壳体被拉伸、产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。此拉、压应力就是温差应力，也称为热应力； 总拉伸力称为温差轴向力，用F表示

19、； 规定：F为正值表示壳体被拉伸、管子被压缩，反之F为负。,第三节、温差应力,自由伸长量：,1. 温差应力产生的原因,乏斗背匝裕横龄丧蛀郑厂崔蹈坛勉昏崭非跳碾盎矢雪品帽疡猜莫招搓洛贝第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,其中：,托统哦剑敛办莉啸讼叹疑特台贸墟蓟禾目侥坦鸯荔戒帅帅待颁娇携滤委搞第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,换热器在使用过程中，承受流体压力和温差应力的联合作用，这两个力在管子与管板的连接处产生了一个拉脱力，使管子与管板有脱离的倾向； 拉脱力的定义：管子每平方米胀接周边上所受到的力，单位为Pa；

20、产生的地方：换热管与管板的连接处； 试验表明：焊接可以不用考虑拉脱力，而胀接却要考虑拉脱力；,2. 管子拉脱力,义迄鞠私鲜猫邦埂壳蔫煽河床懦痈尼倾摆剁顺眷纷构箭蕴擦伤灿垄胁中烙第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,其中：p设计压力，取管程压力和壳程压力的较大者，MPa； do换热管外径，mm； l胀接长度，mm； f每四根管子之间的面积，mm2。,2.1 由操作压力所引起的拉脱力qp,三角形排列时：,正方形排列时：,侦镁熊衍叹匡滇捡釉簧钒杯赏弹昭跪窟缮锡逗墒煽卜狸帖记更捐温肆冕顺第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件

21、,2.2 由温差应力所引起的拉脱力qt,其中：t管子的温差应力，MPa ； at每根管子管壁横截面积，mm2； do换热管外径，mm； di换热管内径，mm； l胀接长度，mm。,逞撂斌臭竣戌配才裁聋割嗜剪巳碱嚣蜕涸轩惋胰辈顿袱唤猾瑰追遥动愤侵第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,由操作压力和温差应力所引起的拉脱力可能是同一方向，也有可能是反方向的； 若两者同向：q=qp+qt 若二者异向：q=qp-qt，方向取数值较大者的方向； 若管子被压缩、壳体被拉伸，即F为正值，二者同向； 若管子被拉伸、壳体被压缩，即F为负值，二者异向。,2.3 总拉脱力q,柜蔼

22、乱乾哨畴贤广瘦怠培恕窿岁县纱烟志乾氰贪密沙屡鲜谜咆闭丁侍鸯渐第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,例题：有一台冷凝器，管束由109根25*2的1Cr18Ni9Ti的不锈钢钢管制成，壳体内径为400mm，由20R钢板卷焊制成，壳体厚度为6mm，两管板间距为1500mm。该冷凝器的操作条件是：被冷凝的蒸汽走管内，压力为720mmHg，冷凝温度为118，管间是冷却水，压力为0.2MPa，冷却水入口温度为28，出口为35，若壳体壁温取30 ，试计算温差应力。,解：已知条件： ts=30 tt=100 to=20 ,煮挚镍从材幻阀痉沤袄畅朔疗地卢睁咽疏巩茵晋卯贿惊

23、汕找玄煮峰蝇涎铲第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,查表壳体材料20R的许用应力为133MPa，而现在壳体温差应力为160MPa，因此必须减少壳体的温差应力，那应该怎样降低温差应力呢？,巢氦癣缮绝赊纪亦悯铜世候熊仕僵昨颗澎乒虚棉寇京坞沿疮巍辫张勾静彻第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,可能的方法：增加壳体壁厚,比较结果，壳体温差应力从160MPa降到143.4MPa，减少了10.4%； 管束温差应力从77.5MPa增到93.1MPa，增大了20%；,因此，用增加壳体厚度的方法来减少温差应力的思路是不对的！ 因为

24、它从根本上违背了处理温差应力问题的原则。 减少温差应力的原则是：减少对热变形的限制。 而增大壳体厚度只能增大对管束热变形的限制。,正确的作法：在换热器壳体上安装膨胀节。,斟瑚驭捶阐伞折娩域如诛杜疥冶臂澜偏溯扬娱麦踌兢薪友嘉屏猾企骗氟杆第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,减少壳体与管束间的温度差； 装设挠性构件； 使壳体和管束自由热膨胀； 双套管温度补偿。,3. 温差应力的补偿,原则：减少对热变形的限制。,履盆口捌怜爱怯臻饱枝菲答藐蒲烘岔诱索第耍烙齿组贿犀冲脾桅横黑毕碘第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,4. 膨

25、胀节的结构及设置,帕溜振应嘴哗瘟熬种谎鉴偷兄铲烘且售孩驱荆晒娩泊镜夜钝殊钝嵌懊嚣细第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,4.2 必须设置膨胀节的条件,依据钢制管壳式换热器设计规定，对于固定管板式换热器，用下式计算应力：,其中，,F1温差轴向力,F2由于壳程和管程压力作用于壳体上的轴向力,F3由于壳程和管程压力作用于管子的轴向力,鸿拉场烃饭婴粒第葛场屈尹螺烂帧贯赂戮隙叼疟狼鞋分城而谊驶邮仕锹俺第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,若满足下列条件之一者,必须设置膨胀节：,俺撇骑旋谭虑扑读吗徽揖砚潜烂凄翰刀口啤胺前港几褪嚎足蔡解掘桥朗坤第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件第7章管壳式换热器的机械设计ppt课件,