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1、管壳式换热器,1 管壳式换热器的类型、标准与结构,类 型 管壳式换热器按其结构的不同一般可分固定管板式、U形管式、浮头式和填料函式四种类型。,在间壁式换热器这一大类中，应用最为普遍、研究得最多的是管壳式换热器(也称列管式换热器)，因而对它的了解有着普遍的意义。,管程：管内流道及其贯通处 管程数：管程流体沿换热管长度方向往返次数； 壳程：管外流道及其贯通处 壳程数：壳程流体沿壳体轴向往返次数；,1) 固定管板式换热器 结构：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。 特点： （1）结构比较简单、重量轻，成本低，在壳程程数相同的条件下可排的管数多； （2）壳程不能检修和清洗，
2、因此，宜于不易结垢和清洁的流体换热； （3）当管束与壳体的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生流体的泄漏。,解决方法：在外壳上装设膨胀节，减小但不能完全消除温差热应力，且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。,管壳式换热器的类型、标准与结构,具有膨胀节的固定管板式换热器,管壳式换热器的类型、标准与结构,2) U形管式换热器 结构：管束由U形弯管组成，两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，每根管子可自由伸缩，不受其他管子及壳体的影响。 特点： （1）在需要清洗时可将整个管束抽出，但要清除管子内壁的污垢却比较困难； （2）因为弯曲的管子需要一定的弯曲半径
3、，因而在制造时需用不同曲率的模子弯管，且使管板的有效利用率降低； （3）损坏的管子也难于调换，U形管管束的中心部分空间对换热器的工作有着不利的影响。,管壳式换热器的类型、标准与结构,3) 浮头式换热器 结构：两端管板一端与壳体用法兰固定联接，称为固定端。另一端管板不与壳体联接而可相对于壳体滑动，称为浮头端。由于浮头位于壳体内部，故又称内浮头式换热器。 特点： （1）管束的热膨胀不受壳体的约束，故壳体与管束之间不会因差胀而产生热应力； （2）在需要清洗和检修时，可将整个管束从固定端抽出； （3）浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，使壳体直径增大，在管束与壳体之间形成了阻力较小的环形通道，产生旁流
4、。 应用：主要用于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的场合。由于结构复杂，金属消耗多，应用受到一定限制。,管壳式换热器的类型、标准与结构,4) 填料函式换热器 结构：使一端管板固定、而另一端管板可在填料函中滑动，即将浮头露在壳体外面的浮头式换热器，所以又称外浮头式换热器。 特性： （1）由于填料密封处容易泄漏，故不宜用于易挥发、易燃、易爆、有毒和高压流体的热交换； （2）由于制造复杂，安装不便，因而不常采用。,管壳式换热器的类型、标准与结构,标 准 国家标准：钢制管壳式换热器(标准号为GBl51-89) 最新标准：管壳式换热器(标准号为GBl51-1999) 国标适用范围： (1)公
5、称直径2000mm；(2)公称压力35MPa； (3)公称直径(mm)和公称压力(MPa)的乘积104。,行业标准： 浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数，标准号：JB/T 4714-92； 固定管板式换热器型式与基本参数，标准号：JB/T 4715-92； 立式热虹吸式重沸器型式与基本参数，标准号：JB/T 4716-92； U形管式换热器型式与基本参数，标准号：JB/T 4717-92； 不可拆式螺旋板换热器型式与基本参数，标准号：JB/T 4723-92,管壳式换热器的类型、标准与结构,1：平盖；2：平盖管箱(部件)；3：接管法兰；4：管箱法兰；5：固定管板；6：壳体法兰；7：防冲板；8：
6、仪表接口；9：补强圈；10：圆筒壳体；11：折流板；12：旁路挡板；13：拉杆；14：定距管；15：支持板；16：双头螺柱或螺栓；17：螺母；18：外头盖垫片；19：外头盖侧法兰；20：外头盖法兰；21：吊耳；22：放气口；23：凸形封头；24：浮头法兰；25：浮头垫片；26：无折边球面封头；27：浮头管板；28：浮头盖(部件)；29：外头盖(部件)；30：排液口；31：钩圈；32：接管；33：活动鞍座(部件)；34：换热管；35：挡管；36：管束(部件)；37：固定鞍座(部件)；38：滑道；39：管箱垫片；40：管箱短节；41：封头管箱(部件)；42：分程隔板,换热器中主要部件名称,管壳式换
7、热器的类型、标准与结构,（或）,钢制管壳式换热器型号表示法,管壳式换热器主要组合部件有前端管箱、壳体和后端结构(包括管束)三部分，三部分的不同组合，就形成结构不同的换热器。,管壳式换热器的类型、标准与结构,管壳式换热器的类型、标准与结构,管壳式换热器的类型、标准与结构,管子在管板上的固定与排列,1) 管子在管板上的固定 原则：保证连接牢固，不产生大的热应力； 方法：（1）胀接；（2）焊接；（3）胀焊并用； 胀接：基本连接方式，但压力温度受限 压力低于4MPa，温度低于300oC 焊接：在高温高压下能保持连接的紧密性，对管板孔的加工要求较低，同时比胀管的工艺简便。适用高温、高压、易爆介质 缺点：
8、（1）在焊接接头处的热应力可能造成应力腐蚀和破裂；（2）在管孔和管子间存在的间隙处也可能产生间隙腐蚀。,管壳式换热器的类型、标准与结构,2) 管子在管板上的排列 原则： 要保证管板有必要的强度，管子和管板的连接要坚固和紧密； 设备要尽量紧凑，以便减小管板和壳体的直径，并使管外空间的流通截面减小，以便提高管外流体的流速； 制造、安装和修理、维护简便。,管壳式换热器的类型、标准与结构,等边三角形排列：传热性能好，但流动阻力大； 同心圆排列：紧凑，布管均匀，但制造和装配比较困难； 正方形排列：清洗方便，流动阻力小，但传热性能差。,管壳式换热器的类型、标准与结构,组合排列：用于多管程换热器中，每一程都
9、采用等边三角形排列，而在各程相邻管排间，为便于安装隔板，则采用正方形排列。 转角排列：（1）流体流动方向与三角形一边平行的转角等边三角形排列；（2）流体的流动方向与正方形一条对角线垂直的转角正方形排列,3) 管间距 两根管子中心线的距离称为管间距，其大小主要与管板强度和清洗管子外表所需间隙、管子在管板上的固定方法等有关。 采用焊接时，管间距太小，焊缝太近，就不能保证焊接质量 采用胀管时，过小的管间距会造成管板在胀接时由于挤压力的作用而产生变形，失去了管板与管子之间的连接力。对于多管程分程隔板处的管间距，最小应为管间距加隔板槽密封面的宽度,管壳式换热器的类型、标准与结构,注：当管间需要机械清洗时
10、，相邻管间的净空距离(s-d)不宜小于6mm，对于外径为10mm和14mm的换热管的中心距分别不得小于17mm和21mm；外径为25mm的换热管，当用转角正方形排列时，其分程隔板槽两侧的管间距应为32mm32mm正方形的对角线长，即sn=45.255mm。,4) 布管限定圆 按在管子排列方式照上述方法时，换热器管束外缘直径受圆筒内径的限制，因此在设计时要将管束外缘置于布管限定圆之内，布管限定圆直径DL值的大小按结构型式而异。 对于固定管板式、U形管式换热器,式中，b3为固定管板式、U形管式换热器管束最外换热管表面至壳体内壁的最短距离，通常情况下b30.25d，且不小于10 mm；,管壳式换热器
11、的类型、标准与结构,管 板,作用：（1）固定换热管束；（2）分隔管壳程流体； 型式：常用圆形平板，也有弹性管板 管孔：排列方式同换热管，孔径略大于换热管； 管孔数=换热管数+假管数+拉杆数 厚度：按强度理论计算,管壳式换热器的类型、标准与结构,管板与管子用胀接法连接时，管板的最小厚度(不包括腐蚀裕量)按下表规定；当用焊接法连接时，最小厚度除满足要求外还要满足结构和制造的要求。,对于U形管式、浮头管式等设备，为使壳程便于清洗，常将管板夹在壳体法兰和管箱法兰之间构成可拆连接。,管壳式换热器的类型、标准与结构,管板和壳体的连接：有可拆和不可拆两种。 固定管板式换热器常用不可拆连接，两端的管板直接焊于
12、外壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰，拆下管箱即可检修胀口或清扫管内污垢。把管板焊在壳体内不兼作法兰的结构用得较少。,管板与壳体的可拆连接,管板与壳体的不可拆连接,分 程 隔 板,目的：将换热器的管程分为若干流程，提高流速，增大传热系数 原则：（1）每一程管数大致相等；（2）分程隔板的形状简单，（3）密封长度尽可能短。 常用程数：根据GBl51-1999规定，常用程数有1、2、4、6、8、10、12等七种程数。 分程方法：平行分程法和丁字形分成法 从热膨胀角度出发，在考虑分程时，最好使相邻程间平均壁温之差不超过28，因此就由平行隔板和丁字形隔板所组成的四流程换热器而论，平行隔板要优于丁字形隔板，
13、因为在采用丁字形隔板时，最冷和最热的流程是紧挨着的。 安装：焊接在管箱上，在管板上设分程隔板槽，槽的宽度、深度及拐角处的倒角等均有具体规定。,管壳式换热器的类型、标准与结构,常见管板分程布置,管壳式换热器的类型、标准与结构,折流板和支持板,作用：（1）使流体横掠管束，增大传热系数；（2）支撑管束； （3）防止管束振动和弯曲。 常用形式：（1）弓形折流板，（2）盘环形(或称圆盘一圆环形)折流板，（3）扇形折流板，（4）管孔形折流板,管壳式换热器的类型、标准与结构,在弓形折流板中，流动死区较小，结构简单，因而用得最多；盘环形结构比较复杂，不便清洗，一般用在压力较高和物料比较清洁的场合；扇形和管孔形
14、的应用较少。,弓形折流板切口方向：卧式换热器分为缺口上、下方向交替排列（水平切口）和缺口左、右方向交替排列（垂直切口）两种 当流过壳程的全是气相或液相的清洁物料时，宜用水平切口。卧式换热器、冷凝器和再沸器，当壳程是气、液相共存或液体中带有固体的物料时，宜用垂直切口。,管壳式换热器的类型、标准与结构,弓形折流板尺寸：缺口大小（高度h）和板间距B,弓形折流板的排列,缺口大小：按切去弓形弦高占壳体内径百分比（h/Di）来确定 单相换热：h/Di=(20-25)% 壳程蒸发：h/Di=45% 壳程冷凝：h/Di=(25-45)%。 相邻两折流板距离B：间距小，可保证流体横掠管束，提高换热系数。但若过小
15、，又会增加流动阻力，难于检修和清洗；间距过大，则流体难于垂直流过管束，使换热系数下降。 为了保证设计的合理性，弓形折流板的间距一般不应小于壳体内径的1/5，且不小于10 mm，最大则不超过下表的规定，且不超过壳体内径。,管壳式换热器的类型、标准与结构,折流板厚度：为了防振、并能承受拆换管子时的扭拉作用，折流板须有一定厚度。一般情况下至少比管壁厚一倍，最薄约3mm，按GB 151-1999中具体规定执行。 折流板的固定：两种方式 （1）拉杆+定距管 对于管子外径大于或等于19mm的管束，折流板的安装固定通过拉杆和定距管来实现。拉杆是一根两端皆带螺纹的长杆，一端拧入管板，折流板穿在拉杆上，各折流板
16、之间则以套在拉杆上的定距管来保持板间距离，最后一块折流板用螺母拧在拉杆上紧固。拉杆应尽量均布于管束的外边缘，但对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处也应布置适当数量的拉杆。 （2）直接焊接：对于管子外径小于或等于14mm的管束可把折流板焊在拉杆止，此时则不需定距管。,管壳式换热器的类型、标准与结构,折流板的安装和固定,管壳式换热器的类型、标准与结构,拉杆的直径及数量：建议的拉杆直径和数量如下表所示。在保证大于或等于表中所示拉杆总截面积的条件下，拉杆的直径和数量可以变动，但其直径不得小于10mm，数量不得少于4根。,拉 杆 数 量,拉杆的直径,当设备上无安装折流板的要求(如冷凝换热)时，应该安装一定数量的支持板，用来支撑换热管，防止它产生过大挠度。 支撑板特点：（1）大弓高（或半圆）；（2)垂直切口。,管壳式换热器的类型、标准与结构,假管和旁路挡板,设置假管和旁路挡板的必要性： 若在参与换热的流体中，有一部分流体从主流中旁流出去，例如在浮头式换热器，由于安装浮头法兰的需
