《换热器设计思路及相关知识-.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《换热器设计思路及相关知识-.doc（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、换热器制定思路及相关知识一 、前言换热器分类：管壳式换热器依据结构特点可分为以下两类。1.刚性结构的管壳式换热器：这种换热器又成为固定管板式，通常可分为单管程和多管程两种。它的优点是结构简单紧凑、造价便宜和应用较广；缺点是管外不能进行机械清洗。2.具有温差补偿装置的管壳式换热器：它可使受热部分自由膨胀。该结构形式又可分成： 浮头式换热器：这种换热器的一端管板能自由伸缩，即所谓“浮头。他适用于管壁和壳壁温差大，管束空间常常清洗。但它的结构较复杂，加工制造的费用较高。 U形管式换热器：它只有一块管板，因此管子在受热或冷却时，可以自由伸缩。这种换热器的结构简单，但制造弯管的工作量较大，且由于管子需要
2、有一定的弯曲半径，管板的利用率较差，管内进行机械清洗困难，拆换管子也不容易，因此要求通过管内的流体是清洁的。这种换热器可用于温差变化大，高温或高压的场合。 填料函式换热器：它有两种形式，一种是在管板上的每根管子的端部都有单独的填料密封，以确保管子的自由伸缩，当换热器内的管子数目很少时，才采纳这种结构，但管距比一般换热器要大，结构复杂。另一种形式是在列管的一端与外壳做成浮动结构，在浮动处采纳整体填料函密封，结构较简单，但此种结构不易用在直径大、压力高的状况。填料函式换热器现在很少采纳。二、制定条件的检察：1. 换热器的制定，用户应提供一下制定条件工艺参数： 管、壳程的操作压力作为判定设备是否上类
3、的条件之一，必需提供管、壳程的操作温度进口/出口金属壁温工艺计算得出用户提供物料名称及特性腐蚀裕量 程数换热面积换热管规格，排列形式三角形或正方形折流板或支撑板数量保温材料及厚度以便确定铭牌座伸出高度油漆:.如用户有特别要求，请用户提供牌号，颜色.用户无特别要求，制定人员自己选定2. 几个重点制定条件操作压力：作为判定设备是否上类 的条件之一，必需提供物料特性：如用户不提供物料名称则必需提供物料的毒性程度。因为介质的毒性程度关系到设备的无损监测、热处理、锻件的级别关于上类设备，还关系到设备的划分a. GB150 .1(f)图样注明盛装毒性极度危害或高度危害介质的容器100%RT.b. .3 图
4、样注明盛装毒性为极度或高度危害介质的容器，应进行焊后热处理奥氏体不锈钢的焊接接头可不进行热处理c.锻件. 使用介质的毒性为极度或高度危害性的锻件应符合级或级要求。管规格：常用的 碳钢 192，252.5，323， 385不锈钢192，252， 322.5，38换热管的排列形式：三角形，转角三角形，正方形，转角正方形。 换热管间需要机械清洗时，应采纳正方形排列。三、基本制定参数确实定1制定压力，制定温度，焊接接头系数2直径：DN400的圆筒，采纳钢管。DN400的圆筒，采纳钢板卷制。16”钢管-与用户商量采纳钢板卷制。3布置图：依据换热面积、换热管规格画布置图，确定换热管数量。如果用户提供了布管
5、图，也要复核布管是否在布管限定圆以内。 布管的原则： 在布管限定圆内应布满管。 多管程的各管程数应尽量相等。 换热管应对称排列。4材料强调以下两点：换热器圆筒的碳素钢、低合金钢钢管应采纳无缝钢管。符合GB150-1998附录A4.2的奥氏体不锈钢焊接钢管，可用做换热器圆筒。其使用范围有一些限制：a.焊接钢管应采纳不添加填充金属的自动电弧焊或电阻焊焊接方法治造。：壁厚同意偏差为12.5%，弯曲度不大于1.5/m,逐根进行涡流或射线检测，逐根进行水压实验。c,使用规定按 A； 制定压力不大于6.4Mpa; 壁厚不大于8； 不得用于毒性程度为极度危害的介质； 许用应力为相应钢号无缝钢管的许用应力乘以
6、0.85的焊接接头系数。管板本身具有凸肩并与圆筒或封头连接时，应采纳锻件。由于采纳此种结构的管板一般都用于压力较高、易燃、易爆、以及毒性程度为极度、高度危害的场合，对管板要求较高，管板也较厚。为避免凸肩处产生加渣、分层、及改善凸肩处纤维受力的状况，减少加工量，节约材料，采纳凸肩与管板直接锻造出来的整体锻件来制造管板5换热器与管板的连接方式管子于管板的连接，在管壳式换热器的制定中是一个比较重要的结构部分。他不仅加工工作量大，而且必需使每一个连接处在设备运作中，确保介质无泄漏及承受介质压力能力。管子与管板的连接方式主要有以下三种：a胀接；b焊接；c胀焊接胀接用于管壳之间介质渗漏不会引起不良后果的状
7、况，特别适用于材料可焊性差如碳钢换热管及制造厂的工作量过大的状况。由于胀接管端处在焊接时产生塑性变形，存在着残余应力，随着温度的升高，残余应力逐渐消失，这样使管端处降低密封和结合力的作用，所以胀接结构受到压力和温度的限制，一般适用于制定压力4Mpa，制定温度300度，并且在操作中无剧烈地震动，无过大的温度变化及无显然的应力腐蚀；焊接连接具有生产简单、效率高、连接可靠的优点。通过焊接，使管子对管板有较好的增将作用；并且还有可降低管孔加工要求，节约加工工时，检修方便等优点，故应优先采纳。此外，当介质毒性很大，介质和大气混合易发生爆炸介质有放射性或管内外物料混合会产生不良影响时，为确保接头密封，也常
8、采纳焊接法。焊接法虽然优点甚多，因为他并不能完全避免“缝隙腐蚀和焊接节点的应力腐蚀，而且薄管壁和厚管板之间也很难得到可靠的焊缝。焊接法虽然较胀接可以乃更高的温度，但是在高温循环应力的作用下，焊口极易发生疲惫裂痕，列管与管孔存在间隙，当受到腐蚀介质的腐蚀时，以会加速接头的损坏。因此，就产生了焊接和胀接同时使用的方法。这样不但能提升接头的抗疲惫性能，同时可以降低缝隙腐蚀倾向，因而其使用寿命比单用焊接时长的多。在什么场合下适宜施行焊、胀接并用的方法，目前尚无统一标准。通常在温度不太高而压力很高或介质极易渗漏时，采纳强度胀加密封焊密封焊是指单纯防止渗漏而施行的焊接，并不确保强度。当在压力和温度都很高的
9、状况下，则采纳强度焊加贴胀，强度焊是即使焊缝有严密性，又能确保接头具有较大的拉脱力，通常是指焊缝强度等于管子轴向负荷下的强度时的焊接。贴胀的作用主要是消除缝隙腐蚀和提升焊缝的抗疲惫性能。具体的结构尺寸标准中GB3151-1999.5.8条已有规定，在此不再详述。 关于管孔表面粗糙度的要求：a当换热管与管板焊接连接时，管的表面粗糙度Ra值不大于35uMb单换热管与管板胀接联接时，管孔表面粗糙度Ra值不大于12.5uM胀接连接时，管孔表面不应有影响胀接紧密性的缺陷，如贯穿的纵向或螺旋状刻痕等四、制定计算1 壳体壁厚计算包括管箱短节、封头、壳程筒体的壁厚计算管、壳程筒体壁厚应满足GB151中最小壁厚
10、的规定，关于碳素钢和低合金钢最小壁厚是按腐蚀裕量C2=1mm合计的，关于C2大于1mm的状况，壳体的最小壁厚应相应增加。2 开孔补强计算关于壳体采纳钢管制的，建议采纳整体补强增加筒体壁厚或采纳厚壁管；关于比较厚的管箱上开大孔合计综合经济性不另行补强应满足的几点要求：制定压力相邻两孔中心距应不小于两孔直径之和的两倍接管公称直径89mm接管最小壁厚应表8-1的要求接管腐蚀裕量为1mm3 法兰设备法兰采纳标准法兰时应注意法兰与垫片、紧固件的匹配，否则应对法兰进行计算。比如甲型平焊法兰在标准中与其匹配的垫片为非金属软垫片；当采纳缠绕垫片应对法兰重新计算4 管板需注意以下几个问题：管板的制定温度：依据G
11、B150-1998的及GB151-1998的3.12.1规定,应取不低于元件的金属温度,但在管板计算中无法确保管壳程介质作用,且管板的金属温度很难计算,故一般取较高侧的制定温度为管板的制定温度(GB151标准释义P55)多管程换热器：在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要而未能被换热器支承的面积Ad：关于正三角形、正方形排列：按GB151-1999 P28公式计算关于转角三角形：按压力容器工程师制定指南P370公式计算Ad=1.73 2S(Sn-0.5S)关于转角正方形：按GB151-1999标准释义P55例题中公式计算Ad=SSn-S式中：S换热器管中心距mmSn隔板槽两侧相邻管中心距
12、mm沿隔板槽两侧的排管数管板的有效厚度管板的有效厚度系指管程分程隔板槽底部的管板厚度减去以下二者之和a管程腐蚀裕量超出管程隔板槽深度的部分b壳程腐蚀裕量与管板在壳程侧的结构开槽深度二者中的最大植5 膨胀节的设置在固定管板换热器中，由于管程内流体与管程流体之间具有温差，而换热器和壳体与管版固定连接，这样在使用状态时，壳体与管子之间有膨胀差存在，壳体和管子受到轴向载荷。为了避免壳体和换热器破坏、换热器失稳、换热管从管板上拉脱，就应设置膨胀节，以降低壳体和换热器的轴向载荷一般在壳体和换热器壁温差较大时，需合计设置膨胀节，在管板计算中，按有温差的各种共况计算出、q ，其中有一个不合格时，就需增加膨胀节
13、换热管轴向应力 壳程圆筒轴向应力q换热管与管板连接的拉脱力五、结构制定1管箱1管箱的长度a最小内侧深度向开孔的单管程管箱，开口中心处的最小深度应不小于接管内直径的1/3b最大内侧深度合计内件焊接和清理是否方便，尤其关于公称直径较小的多管程换热器。具体可参照钢制列管式固定管板换热器结构制定手册一书2分程隔板隔板的厚度和布置按GB151表6和图15，关于厚度大于10mm的分程隔板，密封面应削边至10mm；关于列管式换热器，隔板上应设置泪孔排净孔，排净孔的直径一般为6mm2。壳体及管束管束级别、级管束，仅仅针对碳钢、低合金钢换热管国内标准中还存在着“较高级和“一般级制订的。一旦国内换热管能够采纳“较
14、高级钢管时，碳钢、低合金钢换热管束无需再分级和级、管束的区别主要在于换热管的外径、壁厚偏差不同，相应地管孔尺寸和偏差不同级管束的精度要求高一些，关于不锈钢换热管，只有级管束；关于常用的碳钢换热管管板 a管孔尺寸偏差注意、级管束的区别b分程隔板槽 槽深一般不小于4mm分程隔板槽宽：碳钢12mm；不锈钢11mm分程隔板槽拐角处的倒角一般为45度，倒角宽度b近似等于分程垫片的圆角半径R。 折流板a管孔尺寸：按管束级别区分b弓形折流板的缺口高度0.45倍的圆角内直径，缺口一般切在管排中心线以下或切于两排管孔的小桥之间(便于穿管方便)。C缺口方位单向清洁流体，缺口上下布置；气体中含少量的液体，缺口朝上的
15、折流板的最低处开通液口；液体中含少量气体，缺口朝下的折流板的最高处开通气口气液共存或液体中含有固体物料时，缺口左右布置，并在最低处开通液口d折流板的最少厚度；最大无支撑跨距e管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出、口接管拉杆a拉杆的直径和数量 直径和数量按表43，44选用，在确保大于或等于表44所给定的拉杆截面积的前提下，拉杆的直径和数量可以变动，但其直径不得小于10mm，数量不小于4根 b拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，关于大直径的换热器，在布管区或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不小于3个支撑点 c拉杆螺母，有的用户要求下面一个螺母与折流板电焊防冲板 a防冲板的设置是为了减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀b防冲板的固定方式
