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1、1,2,管程,壳程,管程,3,4,大管径:粘性大或污浊的流体.,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、管 束,管束又称为换热管，换热器的管束构成换热器的传热面.,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:标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等.,强化传热管 1）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:光管和强化传热管,5,2）纵向翅片管,6,换热管
2、材料,金属材料,碳素钢,低合金钢,不锈钢,铜,铜镍合金,铝合金,钛等,强腐蚀性的流体,7,二、管 板,作用,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； 承受管程、壳程压力和温度的载荷作用。,8,1.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，采用复合钢板或堆焊衬里。,2.管板结构,厚度满足强度前提下，尽量减少管板厚度.,9,厚度计算标准,GB151管壳式换热器 美国管式换热器制造商协
3、会标准TEMA 西德AD标准,厚度,“厚管板”GB151管壳式换热器、 美国管式换热器制造商协会标准TEMA,“薄管板”西德AD标准，厚度一般为8-20mm,10,薄管板,平面形,椭圆形,碟形,球形,挠性薄管板等,目前主要有,11,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， 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,（a）,（b）,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，法兰都会与腐蚀性介质接触，需采用耐腐蚀材料，而且管板受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 通入腐蚀性介质时，不必采用耐腐蚀材 料；
4、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 引起的应力； 管板与刚度较小的筒体连接，也降低了 管板的边缘应力； 是一种较好的结构。,（c）,13,（d）,管板与壳体间有一个圆弧过 渡连接，并且很薄，管板具 有一定弹性，可补偿管束与 壳体间的热膨胀； 过渡圆弧可减少管板边缘的 应力集中。 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 兰不会受到腐蚀。 挠性薄管板加工比较复杂。,挠性薄管板结构,14,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。 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。,15,用于严格
5、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。,双管板结构 1空隙 2壳程管板 3短节 4管程管板,16,3.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： 1、管子在换热器壳体的横截面上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。 3、壳程地结构设计和相应制造、维修及清洗等方面的因素。,适用壳程流体污垢较少，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。,适用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。,适用壳体直径小的场合，排列较
6、紧凑，在靠近壳体壁附近分布也很均匀，比三角形排列的。管数多，介质不易走短路。,只适用于多程换热器的管束排列。,17,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小于10mm。,18,管孔间距,管桥强度,清洗通道,t1.25d0,t,常用换热管中心距/mm,19,三、管板与换热管连接,要求： a.管子与管板的连接处应保证良好的紧密性； 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.强度胀,保证换热管与管板连接的密封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
7、。,20,胀接机理：使管子产生塑性变形，管板孔产生弹性变形。,方法：机械、液压和爆炸,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。,胀管前,胀管后,胀管前后示意图,胀接长度取值,取下列3者中较小值 2倍的管外径；50mm；管板厚度减去3mm。,21,用于b25mm 的场合,用于b25mm 的场合,用于厚管板及避免间隙腐蚀的场合,强度胀接管孔结构,提高抗拉脱的能力,22,液压胀管器,23,机械胀接,24,2.强度焊,保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接。,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
8、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：焊缝处的热应力可能引起应力腐蚀;管子与管板间的环隙处会引起 间隙腐蚀,如无专用工具,管子拆卸仍有一定难度。,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。,25,3.胀焊并用,主要有强度胀+密封焊、强度焊+贴胀、强度焊+强度胀等。,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,26,四、管束分程,管内流
9、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,管数增加,流速下降,传热系数下降,多管程,管子加长,27,管束分程布置图,管束分程考虑的因素,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,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。,(a),隔板的形式,29,形式主要有不可拆式结构 和可拆式结构。 1.不可拆式结构 a.管板兼作法兰；b.管板不兼作法兰,六、管板与壳体连接结构,30,b.管板不兼作法兰,31,2.可拆式结构,32,33
10、,七、壳程结构,一、壳程分程,二、折流板和支撑板,四、防冲结构与导流筒,三、防短路结构,五、排气孔与排液孔,六、管束导轨,34,一、壳程分程,根据工艺设计要求，或为增大壳程流体传热系数，也可将换热器壳程分为多程的结构。,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 体沿平行管束方向流动）。,35,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
11、径的百分比来表示， 如单弓形折流板，h一般取0.200.45Di，最常用0.25Di。,36,4.弓形缺口及通液口设置,（A）,壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置,（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,38,5.折流板布置,位置：管束两端的折流板尽量靠近进出口接管 间距：Lmin不小于0.2Di，且不小于50mm；Lmax不大于Di，不超过表59中规定.,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大泄露严重，不利传热；易引起振动。过小安装困难。,当换热管的无支撑跨距超
12、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。,39,6.折流板的固定,B、换热管外径14mm时点焊结构,A、换热管外径 14mm时拉杆-定距管结构,40,三、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,在壳程中形成的穿流流路。,41,1.旁路挡板,为了防止 壳程边缘 介质短路,挡管结构,42,旁路挡板可用钢板或扁钢制成，其厚度一般与折流板相同。 旁路挡板嵌入折流板槽内，并与折流板焊接。 壳体公称直径
13、DN500mm时，增设一对旁路挡板； DN = 500mm时，增设二对挡板； DN1000mm时，增设三对旁路挡板。,43,2、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,44,3.中间挡板,中间挡板,U形管束中心部分存在较大间隙 ，防止管间短路； 中间挡板一般与折流板点焊固定； 中间挡板的数量:DN500mm时，设置1块挡板； 500mmDN1000mm时，设置2块挡板； DN1000mm时，设置不少于3块挡板。,四、
14、防冲结构及导流筒,(1) 防冲板: 需设置防冲板的条件：根据壳程入口管的u2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。,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。,45,防冲板结构,46,(2)扩大管和直管防冲结构,47,(3)导流筒 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、 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,50,
