管壳式换热器的构件简介

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1、1.51.5 管壳式换热器的构件管壳式换热器的构件12（a)BEM立式固定管板式换热器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3管程结构管程结构一、管束一、管束二、管板二、管板五、管板与管箱连接五、管板与管箱连接四、管束分程四、管束分程六、管板与壳体连接六、管板与壳体连接三、管板与换热管连接三、管板与换热管连接4大管径大管径:粘性大或污浊的流体.小管径小管径:单位体积传热面积增大、结构紧凑、金属耗量减少、传 热系数提高阻力大，不便清洗，易结垢堵塞用于较清 洁的流体.一、一、管管 束束 管束又称为换热管管束又称为换热管，换热器的

2、换热器的管束管束构成换热器的构成换热器的传热面传热面.换热管规格换热管规格（外径 壁厚）:无缝钢管：192、252.5、382.5和573.5mm不锈钢管：192、252、322.5和382.5mm换热管长度换热管长度:标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等.强化传热管强化传热管1 1）异形管）异形管(a)扁平管(b)椭圆管(c)凹槽扁平管(d)波纹管换热管型式换热管型式:光管和强化传热管光管和强化传热管52 2）纵向翅片管）纵向翅片管6换热管材料换热管材料金属材料金属材料碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢不锈钢不锈钢铜铜铜镍合金铜镍合金铝合金铝合金钛等钛等非金属材料非金属材料石

3、墨石墨陶瓷陶瓷聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等强腐蚀性的流体无腐蚀、腐蚀性不大的流体腐蚀性的流体7二、管二、管 板板 作用作用用来排布换热管；用来排布换热管；将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合；将管程和壳程流体分开，避免冷、热流体混合；承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。（a)BEM立式固定管板式换热器81.1.管板材料管板材料力学性能介质腐蚀性（及tube-tubesheet间电位差对腐蚀影响）贵重钢板价格 a.流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，管板采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造；b.腐蚀性较强时，用不锈钢、铜、铝、钛等材料，为经济考虑，采用复合钢板

4、或堆焊衬里。2.2.管板结构管板结构厚度厚度满足强度前提下，尽量减少管板厚度满足强度前提下，尽量减少管板厚度.9厚度计算标准厚度计算标准GB151GB151管壳式换热器管壳式换热器美国管式换热器制造商协会标准美国管式换热器制造商协会标准TEMATEMA西德西德ADAD标准标准厚度厚度“厚管板厚管板”GB151GB151管壳式换热器管壳式换热器、美国管式换热器制造商协会标准美国管式换热器制造商协会标准TEMATEMA“薄管板薄管板”西德西德ADAD标准，厚度一般为标准，厚度一般为8-20mm10薄管板薄管板平面形平面形椭圆形椭圆形碟形碟形球形球形挠性薄管板等挠性薄管板等目前主要有目前主要有11比

5、较四种用于固定管板换热器的薄管板结构：比较四种用于固定管板换热器的薄管板结构：薄管板贴于法兰表面上，薄管板贴于法兰表面上，当管程通过腐蚀性介质时，密封槽开当管程通过腐蚀性介质时，密封槽开在管板上，法兰不与管程介质接触在管板上，法兰不与管程介质接触（a）（b）薄管板嵌入法兰内，并将表面车平。不论管程薄管板嵌入法兰内，并将表面车平。不论管程和壳程是否有腐蚀性介质，法兰都会与腐蚀性和壳程是否有腐蚀性介质，法兰都会与腐蚀性介质接触，需采用耐腐蚀材料，介质接触，需采用耐腐蚀材料，而且管板受而且管板受法兰力距的影响较大法兰力距的影响较大12薄管板在法兰下面且与筒体焊接。壳程薄管板在法兰下面且与筒体焊接。壳

6、程 通入腐蚀性介质时，不必采用耐腐蚀材通入腐蚀性介质时，不必采用耐腐蚀材 料；料；管板离开了法兰，减小了法兰力矩和变管板离开了法兰，减小了法兰力矩和变 形对管板的影响，降低了管板因法兰形对管板的影响，降低了管板因法兰 引起的应力；引起的应力；管板与刚度较小的筒体连接，也降低了管板与刚度较小的筒体连接，也降低了 管板的边缘应力；管板的边缘应力；是一种较好的结构。是一种较好的结构。（c）13（d）管板与壳体间有一个圆弧过管板与壳体间有一个圆弧过 渡连接，并且很薄，管板具渡连接，并且很薄，管板具 有一定弹性，可补偿管束与有一定弹性，可补偿管束与 壳体间的热膨胀；壳体间的热膨胀；过渡圆弧可减少管板边缘

7、的过渡圆弧可减少管板边缘的 应力集中。应力集中。该种管板没有法兰力矩的影响。该种管板没有法兰力矩的影响。壳程流体通入腐蚀性介质时，法壳程流体通入腐蚀性介质时，法 兰不会受到腐蚀。兰不会受到腐蚀。挠性薄管板加工比较复杂。挠性薄管板加工比较复杂。挠性薄管板结构挠性薄管板结构14椭圆形管板椭圆形管板以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降低热应力；适用于受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降低热应力；适用于高压、大直径的换热器。高压、大直径的换热器。15用于严格禁止管程与壳程介质互相混合的场合。

8、气体从短用于严格禁止管程与壳程介质互相混合的场合。气体从短节排出；短节圆筒充入高于管程、壳程压力的惰性介质。节排出；短节圆筒充入高于管程、壳程压力的惰性介质。23411234双管板结构双管板结构11空隙空隙 22壳程管板壳程管板 33短节短节 44管程管板管程管板163.3.管板上的孔排列形式管板上的孔排列形式P1.25d0管孔在换热器管板上排列应考虑以下几点：管孔在换热器管板上排列应考虑以下几点：1 1、管子在换热器壳体的横截面上应均匀而紧凑地排列。应均匀而紧凑地排列。2、壳程流体地粘度、结垢程度等流体性质与排列方式相适应流体性质与排列方式相适应。3、壳程地结构设计和相应制造、维修及清洗等方

9、面制造、维修及清洗等方面的因素。60309045t适用壳程流体污垢较少壳程流体污垢较少，不用机械清洗的场合，在相同管板面积上可排列更多的管子更多的管子。适用壳程流体污垢较多壳程流体污垢较多的场合，便于用机械方法清洗管子外表面，在相同管板面积上可排列的管数目最少数目最少。适用壳体直径小直径小的场合，排列较紧凑，在靠近壳体壁附近分布也很均匀，比三角形排列的。管数管数多多，介质不易走短路。只适用于多程换热器的管束排列多程换热器的管束排列。17注意：注意：无论采用哪种排管程法，最外圈的管外壁与壳体内壁间的距离不应无论采用哪种排管程法，最外圈的管外壁与壳体内壁间的距离不应小于小于10mm10mm。18管

10、孔间距管孔间距60309045t管桥强度管桥强度清洗通道清洗通道t1.25dt1.25d0 0t换热管外径换热管外径dodo10101414191925253232383845455757换热管中心距换热管中心距131413141919252532324040484857577272常用换热管中心距常用换热管中心距/mm/mm19三、管板与换热管连接三、管板与换热管连接强度胀强度胀强度焊强度焊胀焊并用胀焊并用要求：要求：a.管子与管板的连接处应保证良好的紧密性良好的紧密性；b.对固定管板式换热器还要求结合处能承受一定的轴向力，避免管子从管板中脱出。1.1.强度胀强度胀保证换热管与管板连接的密封

11、性能及抗拉脱强度的胀接。适用于设计压力4.0MPa；设计温度300；操作中无剧烈振动、无过大温度波动，及无明显应力腐蚀等场合。20胀接机理：胀接机理：使管子产生塑性变形，管板孔产生弹性变形。方法：方法：机械、液压和爆炸管子硬度一般须低于管板硬度，管子硬度一般须低于管板硬度，若达不到，可进行管头退火处理。若达不到，可进行管头退火处理。胀管前胀管后胀管前后示意图胀接长度取值胀接长度取值取下列取下列3 3者中较小值者中较小值2倍的管外径；50mm；管板厚度减去3mm。21用于用于b25mmb25mm的场合的场合用于用于b b25mm25mm的场合的场合用于厚管板及避免间用于厚管板及避免间隙腐蚀的场合

12、隙腐蚀的场合强度胀接管孔结构强度胀接管孔结构提高抗拉脱的能力提高抗拉脱的能力22液压胀管器液压胀管器23机械胀接机械胀接 24 2.2.强度焊强度焊保证换热管与管板连接的保证换热管与管板连接的密封性能密封性能及及抗拉脱强度抗拉脱强度的焊接。的焊接。优点：优点：管孔在焊接时不用开槽;管孔光洁度要求不高;管子端部不须退火及磨光;焊缝强度高、抗拉脱力强;高温高压条件下密封性好;焊缝出现泄漏时维修较方便:拆卸漏管更容易;材料焊接性能好,加工比胀接省力,还可用手工焊代替自动焊接设备及薄管板换热器的加工制造。缺点缺点：焊缝处的热应力可能引起应力腐蚀引起应力腐蚀;管子与管板间的环隙处会引起 间隙腐蚀间隙腐蚀

13、,如无专用工具,管子拆卸仍有一定难度。应用：应用：除较大振动和缝隙腐蚀场合外，该方法应用广泛;薄管板不能胀，只能焊。253.3.胀焊并用胀焊并用主要有主要有强度胀强度胀+密封焊、强度焊密封焊、强度焊+贴胀、强度焊贴胀、强度焊+强度胀强度胀等。等。不仅能提高连接处的抗疲劳性能，而且还可消除应力腐蚀和缝隙腐蚀，提高使用寿命。应用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需使用复合管板等的场合。切除管子端部切除管子端部26四、管束分程四、管束分程管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个管程。换热面积要变大换热面积要变大管数增加管数增加流速下降流速下降传热系数下降传热系数下降多管程多管

14、程管子加长管子加长27管束分程布置图管束分程布置图图 序管 箱 隔 板介 质 返 回侧 隔 板管 程 数流 动 顺 序214612123414231432213546146325bacdefg管束分程管束分程考虑的因素考虑的因素a.管程数应为偶数；b.尽量使各管程的管子数量相等；c.分程隔板槽的结构要简单，密封长度尽量短；d.相邻管程温差不应超过20。28五、管板与管箱连接五、管板与管箱连接作用流体送入换热管和送出换热器，在多管程结构中，还起到改变流 体流向的作用。隔板(a)(b)隔板箱盖(a)（b）(c)(d)图图 6-17 管管箱箱结结构构形形式式隔 板(a)(b)隔 板箱 盖(a)（b）

15、(c)(d)图图6-17 管管 箱箱 结结 构构 形形 式式隔板(a)(b)隔 板箱 盖（2）（1）(c)隔板箱盖管板(d)隔板(a)（b）(c)(d)图图6-17 管管箱箱结结构构形形式式隔板(a)（2）（1）(c)隔板箱盖管板(d)隔板(a)（b）(c)(d)图图 6-17 管管箱箱结结构构形形式式(a)隔板的形式隔板的形式29形式主要有不可拆式结构 和可拆式结构。1.1.不可拆式结构不可拆式结构a.a.管板兼作法兰；管板兼作法兰；b.管板不兼作法兰六、管板与壳体连接结构六、管板与壳体连接结构30b.b.管板不兼作法兰管板不兼作法兰312.2.可拆式结构可拆式结构3233七、壳七、壳程结构

16、程结构一、壳程分程一、壳程分程二、折流板和支撑板二、折流板和支撑板四、防冲结构与导流筒四、防冲结构与导流筒三、防短路结构三、防短路结构五、排气孔与排液孔五、排气孔与排液孔六、管束导轨六、管束导轨34一、壳程分程一、壳程分程 根据工艺设计要求，或为增大壳程流体传热系数增大壳程流体传热系数，也可将换热器壳程分为多程的结构。二、折流板与支撑板二、折流板与支撑板 1.作用：提高壳程流体流速，增加湍动程度；使壳程流体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数；减少结垢。在卧式换热器中起支撑管束作用，又称支撑板。2.结构形式：弓形、圆盘-圆环形和扇形。3.安装形式：横向（流体沿垂直管束方向流动）；纵向（流 体沿平行管

17、束方向流动）。35(b)双弓形水平竖直转角（a）单弓形（C）三弓形（d）四弓形(b)双弓形水平竖直转角（a）单弓形（C）三弓形（d）四弓形(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h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，如单弓形折流板，h h一般取一般取0.200.200.45Di0.45Di，最常用，最常用0.25Di0.25Di。364.4.弓形缺口及通液口设置弓形缺口及通液口设置（A A）壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置（B B）卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固体

18、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37折流板缺口垂直左右布置折流板缺口垂直左右布置385.5.折流板布置折流板布置位置：管束两端的折流板尽量靠近进出口接管位置：管束两端的折流板尽量靠近进出口接管间距间距：L Lminmin不小于不小于0.2Di0.2Di，且不小于，且不小于50mm50mm；L Lmaxmax不大于不大于DiDi，不超过表，不超过表5 59 9中规中规定定.（a)BEM立式固定管板式换热器 折流板上管孔与换热管的间隙以及折流板与壳体内壁之间的间隙折流板上管孔与换热管的间隙以及折流板与壳体内壁之间的间隙过过大大泄露严重，不利传热；易引起振动。泄露严重，不利

19、传热；易引起振动。过小过小安装困难。安装困难。当换热管的无支撑跨距超过了标准中规定值时，必须设置一定数量的支撑板，按照折流板处理。396.6.折流板的固定折流板的固定B B、换热管外径、换热管外径14mm14mm时时点焊结构点焊结构A A、换热管外径、换热管外径 14mm14mm时时拉杆拉杆-定距管结构定距管结构dndnd+1d点 焊dndnd+1d点焊dndn40三、防短路结构三、防短路结构按照廷克模型,壳程流体分为五股流路A流路折流板孔和管子之间的泄漏流路。B流路横向流错流流路。C流路管束外围与壳体内壁之间的旁流流路。E流路折流板与壳体内壁之间的泄漏流路。F流路管程分程隔板处因为不布管,在

20、壳程中形成的穿流流路。411.1.旁路挡板旁路挡板旁路挡板旁路挡板 挡管（或称假管）挡管（或称假管）中间挡板中间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折流板旁路挡板旁路挡板旁路挡板折流板折流板挡管结构挡管结构42旁路挡板可用旁路挡板可用钢板钢板或或扁钢扁钢制成，其厚度一般与折流板相同。制成，其厚度一般与折流板相同。旁路挡板嵌入折流板槽内，并旁路挡板嵌入折流板槽内，并与折流板焊接与折流板焊接。壳体公称直径壳体公称直径DN500mmDN500mm时，增设一对旁路挡板；时，增设一对旁路挡板；DN=500mmDN=500mm时，增设二对挡板；时，增设二对挡板；DN1000mmDN1000

21、mm时，增设三对旁路挡板。时，增设三对旁路挡板。432 2、挡管、挡管防止管间短路；分程隔板槽背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相同，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。挡管每隔34排换热管设置一根，但不设置在折流板缺口处443.3.中间挡板中间挡板中间挡板中间挡板U U形管束中心部分存在较大间隙形管束中心部分存在较大间隙 ，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；中间挡板的数量中间挡板的数量:DN500mm:DN500mm时，设置时，设置1 1块挡板；块挡板；500mmDN1000mm500

22、mmDN1000mm时，设置时，设置2 2块挡板；块挡板；DN1000mmDN1000mm时，设置不少于时，设置不少于3 3块挡板。块挡板。四、防冲结构及导流筒四、防冲结构及导流筒(1)(1)防防冲冲板板:需设置防冲板的条件需设置防冲板的条件：根据壳程入口管的根据壳程入口管的u u2 2值值a.非腐蚀性、非磨蚀性的单项流体b.其他液体，包括沸点以下的液体当另外，有腐蚀或磨蚀的气体、蒸汽及气液混合物，也应设防冲板。22/2230smkgu22/740smkgu防止进口流体直接冲击管束造成管子的侵蚀和防止进口流体直接冲击管束造成管子的侵蚀和振动，在壳程进口接管处安装，也叫缓冲板。振动，在壳程进口接管处安装，也叫缓冲板。45防冲板结构防冲板结构46(2)(2)扩扩大管和直管防冲结构大管和直管防冲结构47(3)(3)导导流筒流筒 作用不仅起防冲挡板的作用，还可对流体起导向作用，使之均匀地与管束接触，充分利用传热面积，提高传热效果。48 作用在管壳式换热器的管程和壳程中，为了排放或回收介质残气（残液），可在管板上或靠近管板地壳体上设置排气孔或排液孔。五、五、排气孔与排液排气孔与排液49 作用在浮头式换热器及U形管换热器等结构设计中，便于将管束由壳体抽出清洗及管束自身受热伸长变形。六、管束导轨六、管束导轨50