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1、金涛金涛金涛金涛：19851985年本科、年本科、年本科、年本科、19891989年硕士、年硕士、年硕士、年硕士、20002000年博士、年博士、年博士、年博士、20032003年博年博年博年博士后毕业于浙江大学化工机械专业。士后毕业于浙江大学化工机械专业。士后毕业于浙江大学化工机械专业。士后毕业于浙江大学化工机械专业。研究方向：研究方向：研究方向：研究方向：故障诊断、计算机工程应用（优化设计、仿真、故障诊断、计算机工程应用（优化设计、仿真、故障诊断、计算机工程应用（优化设计、仿真、故障诊断、计算机工程应用（优化设计、仿真、CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM）地点：地点：地点：地点：
2、教四教四教四教四-108-108电话：电话：电话：电话：E-mail:E-mail:任课教师任课教师什么是换热设备？什么是换热设备？什么是换热设备？什么是换热设备？ 作用及应用场合？作用及应用场合？作用及应用场合？作用及应用场合？ 换热设备的类型？换热设备的类型？换热设备的类型？换热设备的类型？ 各种换热设备的特点？各种换热设备的特点？各种换热设备的特点？各种换热设备的特点？ 如何设计及选用？如何设计及选用？如何设计及选用？如何设计及选用？ 未来发展？未来发展？未来发展？未来发展？提出问题提出问题6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 换热设备的应用换热设备的应用换热设备的应用换热设备
3、的应用热量从热量从热流体热流体传递到传递到冷流体冷流体的设备称为换热设备的设备称为换热设备广泛应用于化工、炼油、动力、食品、轻工、原广泛应用于化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械等。子能、制药、机械等。在化工厂中，换热设备投资占在化工厂中，换热设备投资占在化工厂中，换热设备投资占在化工厂中，换热设备投资占10%-40%10%-40%。6.1概述概述按作用原理按作用原理按作用原理按作用原理或传热方式或传热方式或传热方式或传热方式直接接触换热器直接接触换热器直接接触换热器直接接触换热器蓄热式换热器蓄热式换热器蓄热式换热器蓄热式换热器间壁式换热器间壁式换热器间壁式换热器间壁式换热器中间载
4、热体式换热器中间载热体式换热器中间载热体式换热器中间载热体式换热器6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点6.1概述概述直接接触换热器直接接触换热器直接接触换热器直接接触换热器传热效率高、单位容积提供的传传热效率高、单位容积提供的传热面积大、设备结构简单、价格热面积大、设备结构简单、价格便宜，但仅适合工艺上允许两种便宜，但仅适合工艺上允许两种流体混合的场合。流体混合的场合。热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.
5、1.2 换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点6.1概述概述又称混合式换热器，它是利用又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触，彼此混冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。如冷却合进行换热的换热器。如冷却塔、气压冷凝器等。塔、气压冷凝器等。蓄热式换热器蓄热式换热器蓄热式换热器蓄热式换热器又称回热式换热器，它是又称回热式换热器，它是借助于由固体（如固体填料或借助于由固体（如固体填料或多孔性格子砖等）构成的蓄热多孔性格子砖等）构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体把热量从热流体传递给冷流体的
6、换热器。若两种流体不允许的换热器。若两种流体不允许有混合，则不能采用蓄热式换有混合，则不能采用蓄热式换热器。热器。热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体载热体载热体载热体载热体6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点6.1概述概述间壁式换热器间壁式换热器间壁式换热器间壁式换热器又称表面式换热器，它是又称表面式换热器，它是利用间壁（固体壁面）将进行利用间壁（固体壁面）将进行热交换的冷热两种流体隔开，热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过互
7、不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁传递给冷流体的换热器。是工业中应用最为广泛的换热是工业中应用最为广泛的换热器。器。热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点6.1概述概述中间载热体式换热器中间载热体式换热器中间载热体式换热器中间载热体式换热器这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器，载热体在高温流体换热的载热体连接起来的换热器
8、，载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体，如体，如热管式换热器热管式换热器。6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点6.1概述概述间壁式间壁式间壁式间壁式换热器换热器换热器换热器管式换热器管式换热器管式换热器管式换热器板面式换热器板面式换热器板面式换热器板面式换热器其他形式换热器其他形式换热器其他形式换热器其他形式换热器蛇管式换热器蛇管式换热
9、器蛇管式换热器蛇管式换热器套管式换热器套管式换热器套管式换热器套管式换热器管壳式换热器：管壳式换热器：管壳式换热器：管壳式换热器：应用最广应用最广应用最广应用最广缠绕管式换热器缠绕管式换热器缠绕管式换热器缠绕管式换热器沉浸式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器螺旋板式换热器：螺旋板式换热器：螺旋板式换热器：螺旋板式换热器：不易结垢不易结垢不易结垢不易结垢板式换热器板式换热器板式换热器板式换热器板翅式换热器：板翅式换热器：板翅式换热器：板翅式换热器：效率最高效率最高效率最高效率最高板壳式换热器板壳式换热器板壳式
10、换热器板壳式换热器伞板式换热器伞板式换热器伞板式换热器伞板式换热器石墨、聚四氟乙烯、热管换热器石墨、聚四氟乙烯、热管换热器石墨、聚四氟乙烯、热管换热器石墨、聚四氟乙烯、热管换热器这是什么？6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点6.1概述概述螺旋管式换热器螺旋管式换热器螺旋管式换热器螺旋管式换热器 折折折折流流流流杆杆杆杆换换换换热热热热器器器器浮头式外导流筒换热器浮头式外导流筒换热器浮头式外导流筒换热器浮头式外导流筒换热器 U U型管式换热器型管式换热器型管式换热器型管式换热器折流杆换热器折流杆换热器折流
11、杆换热器折流杆换热器6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点换热设备的分类及特点6.1概述概述考虑因素（流体的性质）考虑因素（流体的性质）考虑因素（流体的性质）考虑因素（流体的性质）压力压力压力压力热导率热导率热导率热导率腐蚀性腐蚀性腐蚀性腐蚀性温度温度温度温度允许压降范围允许压降范围允许压降范围允许压降范围清洗维修要求清洗维修要求清洗维修要求清洗维修要求材料价格材料价格材料价格材料价格使用寿命使用寿命使用寿命使用寿命种类种类种类种类粘度粘度粘度粘度热敏性热敏性热敏性热敏性6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 换热器
12、选型换热器选型换热器选型换热器选型6.1概述概述按结构特点按结构特点按结构特点按结构特点结构简单、紧凑结构简单、紧凑结构简单、紧凑结构简单、紧凑造价低造价低造价低造价低固定管板式固定管板式固定管板式固定管板式承受较高压力承受较高压力承受较高压力承受较高压力清洗、更换方便清洗、更换方便清洗、更换方便清洗、更换方便浮头式浮头式浮头式浮头式U U形管式形管式形管式形管式填料函式填料函式填料函式填料函式釜式重沸器釜式重沸器釜式重沸器釜式重沸器产生热应力产生热应力产生热应力产生热应力温差不大温差不大温差不大温差不大不易结垢不易结垢不易结垢不易结垢清洗方便清洗方便清洗方便清洗方便无热应力无热应力无热应力无
13、热应力结构复杂结构复杂结构复杂结构复杂造价高造价高造价高造价高制造时密封要求高制造时密封要求高制造时密封要求高制造时密封要求高结构简单结构简单结构简单结构简单无热应力无热应力无热应力无热应力布管少布管少布管少布管少报废率高报废率高报废率高报废率高承压能力强承压能力强承压能力强承压能力强轴向自由伸缩轴向自由伸缩轴向自由伸缩轴向自由伸缩无热应力无热应力无热应力无热应力产生泄露产生泄露产生泄露产生泄露物料有限制物料有限制物料有限制物料有限制结构简单结构简单结构简单结构简单承受高温、高压承受高温、高压承受高温、高压承受高温、高压无热应力无热应力无热应力无热应力成本高成本高成本高成本高结构复杂结构复杂结
14、构复杂结构复杂清洗方便清洗方便清洗方便清洗方便6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 基本类型基本类型基本类型基本类型6.2管壳式换热器管壳式换热器型式型式型式型式材料材料材料材料换热管换热管换热管换热管尺寸尺寸尺寸尺寸管排列形式及中心距管排列形式及中心距管排列形式及中心距管排列形式及中心距管板管板管板管板管箱管箱管箱管箱管束分程管束分程管束分程管束分程换热管与管板连接换热管与管板连接换热管与管板连接换热管与管板连接平面形平面形平面形平面形椭圆形椭圆形椭圆形椭圆形蝶形蝶形蝶形蝶形管板结构管板结构管板结构管板结构光管光管光管光管球形球形球形球形绕性薄管板绕性薄管板绕性薄管板绕性薄管板强度
15、胀强度胀强度胀强度胀强度焊强度焊强度焊强度焊管程结构管程结构管程结构管程结构管板材料管板材料管板材料管板材料翅片管翅片管翅片管翅片管螺旋槽管螺旋槽管螺旋槽管螺旋槽管螺纹管螺纹管螺纹管螺纹管6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器胀焊并用胀焊并用胀焊并用胀焊并用单单单单双双双双三三三三弓形弓形弓形弓形圆盘圆盘圆盘圆盘- -圆环圆环圆环圆环旁路挡板旁路挡板旁路挡板旁路挡板挡管挡管挡管挡管壳体壳体壳体壳体折流板或折流杆折流板或折流杆折流板或折流杆折流板或折流杆纵向隔板纵向隔板纵向隔板纵向隔板壳程结构
16、壳程结构壳程结构壳程结构防短路结构防短路结构防短路结构防短路结构拉杆拉杆拉杆拉杆防冲挡板防冲挡板防冲挡板防冲挡板中间挡板中间挡板中间挡板中间挡板6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器换热管排列形式换热管排列形式换热管排列形式换热管排列形式正三角形正三角形正三角形正三角形转角三角形转角三角形转角三角形转角三角形正方形正方形正方形正方形转角正方形转角正方形转角正方形转角正方形3030 6060 9090 4545 6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管
17、壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器换热管换热管管板材料管板材料管板材料管板材料选择管板材料时，除选择管板材料时，除力学性能力学性能外，还应考虑管程和外，还应考虑管程和壳程流体的壳程流体的腐蚀性腐蚀性，以及管板和换热管之间的电位差对，以及管板和换热管之间的电位差对腐蚀的影响。当流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，管板腐蚀的影响。当流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，管板一般采用压力容器用一般采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件碳素钢或低合金钢板或锻件制造。制造。当当流体腐蚀性较强流体腐蚀性较强时，管板应采用不锈钢、铜、铝、时，管板应采用不锈钢、铜、铝、钛等耐腐蚀材料。但对于较厚的
18、管板，若整体采用价格钛等耐腐蚀材料。但对于较厚的管板，若整体采用价格昂贵的耐腐蚀材料，造价很高。工程上常采用不锈钢昂贵的耐腐蚀材料，造价很高。工程上常采用不锈钢+钢、钢、钛钛+钢、铜钢、铜+钢等钢等复合板，或堆焊衬里复合板，或堆焊衬里。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器管板结构管板结构管板结构管板结构薄管板结构形式薄管板结构形式薄管板结构形式薄管板结构形式（a a）（b b）（c c）（d d）6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结
19、构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器管板结构管板结构管板结构管板结构在满足强度的前提下，应尽量减少管板厚度。在满足强度的前提下，应尽量减少管板厚度。薄管板是指相对采用标准、规范（如薄管板是指相对采用标准、规范（如GB151管壳管壳式换热器、美国管式换热器制造商协会标准式换热器、美国管式换热器制造商协会标准TEMA）计算所得的管板厚度要薄的多的管板，一般）计算所得的管板厚度要薄的多的管板，一般厚度为厚度为8-20mm。目前薄管板主要有平面形、椭圆形、蝶形、球形、目前薄管板主要有平面形、椭圆形、蝶形、球形、挠性薄管板等形式，最为常用的是平面形薄管板。挠性薄管板等形式，最为常用的是平面形
20、薄管板。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器管箱管箱管箱管箱壳体直径较大的换热器大多采用管箱结构。管箱位于管壳体直径较大的换热器大多采用管箱结构。管箱位于管壳式换热器的两端，管箱的作用是把从管道输送来的流体壳式换热器的两端，管箱的作用是把从管道输送来的流体均匀地均匀地分布分布到各换热管和把管内流体到各换热管和把管内流体汇集汇集在一起送出换热在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还起器。在多管程换热器中，管箱还起改变流体流向改变流体流向的作用。的作用。管箱的结构形式主要以换热器是否需要清洗
21、或管束是管箱的结构形式主要以换热器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素来决定。否需要分程等因素来决定。管束分程管束分程管束分程管束分程在管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一在管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个管程。在管壳式换热器中，最简单最常用的是单管程个管程。在管壳式换热器中，最简单最常用的是单管程的换热器。的换热器。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器1. 1.强度胀强度胀强度胀强度胀强度胀强度胀是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉是指保证换热管与管板连接的密封
22、性能及抗拉脱强度的胀接。常用的胀接有非均匀胀接（机械滚珠胀接）脱强度的胀接。常用的胀接有非均匀胀接（机械滚珠胀接）和均匀胀接（液压胀接、液袋胀接、橡胶胀接和爆炸胀接和均匀胀接（液压胀接、液袋胀接、橡胶胀接和爆炸胀接等）两大类。等）两大类。换热管与管板连接是管壳式换热器设计、制造最关键的技术之一，换热管与管板连接是管壳式换热器设计、制造最关键的技术之一，是换热器是换热器事故率最多事故率最多的部位。换热管与管板连接的好坏，直接影响换热的部位。换热管与管板连接的好坏，直接影响换热器的使用寿命。器的使用寿命。机械滚珠胀接是最早的胀接方法，目前仍大量使用。机械滚珠胀接是最早的胀接方法，目前仍大量使用。机
23、械滚珠胀接是最早的胀接方法，目前仍大量使用。机械滚珠胀接是最早的胀接方法，目前仍大量使用。强度胀接主要适用于设计压力强度胀接主要适用于设计压力小于等于小于等于4.0MPa；设计温；设计温度度小于等于小于等于300C；操作中无剧烈振动、无过大温度波动及；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。无明显应力腐蚀等场合。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器2. 2.强度焊强度焊强度焊强度焊强度焊接强度焊接是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗
24、拉脱强度的焊接。此法目前应用较为广泛。由于管孔不需要脱强度的焊接。此法目前应用较为广泛。由于管孔不需要开槽，且对管孔的粗糙度要求布告，管子端部不需要退火开槽，且对管孔的粗糙度要求布告，管子端部不需要退火和磨光，因此和磨光，因此制造加工简单制造加工简单。焊接结构。焊接结构强度高强度高，抗拉脱力，抗拉脱力强。在高温下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。强。在高温下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。除有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，只要材料可焊性除有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，只要材料可焊性好，强度焊接可用于其他任何场合。管子与薄管板的连接好，强度焊接可用于其他任何场合。管子与薄管板的连接应采用
25、焊接方法。应采用焊接方法。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器2. 2.胀焊并用胀焊并用胀焊并用胀焊并用采用采用胀焊并用胀焊并用，不仅能改善连接处的抗疲劳性能，而，不仅能改善连接处的抗疲劳性能，而且还可且还可消除应力腐蚀和缝隙腐蚀消除应力腐蚀和缝隙腐蚀，提高使用寿命。因此，提高使用寿命。因此，此法得到广泛应用。此法得到广泛应用。胀焊并用主要胀焊并用主要用于密封性能要求较高用于密封性能要求较高；承受振动和疲；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需要用复合管板等的场合。劳载荷；有缝隙腐蚀；需要用复
26、合管板等的场合。胀焊并用方法，从加工工艺看，主要有胀焊并用方法，从加工工艺看，主要有强度胀强度胀+密封密封焊、强度焊焊、强度焊+胀接、强度焊胀接、强度焊+强度胀强度胀等几种形式。等几种形式。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器壳体壳体壳体壳体壳程主要由壳体、折流板或折流杆、支承板、纵向隔板、拉杆、壳程主要由壳体、折流板或折流杆、支承板、纵向隔板、拉杆、防冲挡板、防短路结构等元件组成。防冲挡板、防短路结构等元件组成。设置折流板的设置折流板的目的目的是未了提高壳程流体的流速，增加是未了提高壳程
27、流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体传热系数，同时减少结垢。在卧式换热器中，大壳程流体传热系数，同时减少结垢。在卧式换热器中，折流板还起支撑管束的作用。折流板还起支撑管束的作用。壳体一般是一个圆筒，在壳壁上焊有接管。壳体一般是一个圆筒，在壳壁上焊有接管。折流板折流板折流板折流板常用的折流板有常用的折流板有弓形弓形和和圆盘圆盘-圆环形圆环形两种。其中弓形有单弓形、双两种。其中弓形有单弓形、双弓形和三弓形三种。弓形和三弓形三种。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管
28、壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板应折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板应尽量靠近壳程进、出口接管。折流板最小间距应不小尽量靠近壳程进、出口接管。折流板最小间距应不小于壳体内直径的于壳体内直径的1/5，且不小于，且不小于50mm；最大间距应不；最大间距应不大于壳体内直径。大于壳体内直径。折流杆折流杆折流杆折流杆折流板与支持板一般用拉杆和定距管连接在一起。折流板与支持板一般用拉杆和定距管连接在一起。在大直径的换热器中，如折流板间距较大，容易形成在大直径的换热器中，如折流板间距较大，容易形成“死死区区”。宜采用多弓形折流板。
29、宜采用多弓形折流板。新型管束支撑结构新型管束支撑结构折流杆支撑结构。该支撑结构折流杆支撑结构。该支撑结构又折流圈和焊接在折流圈上的支撑杆（杆可以水平、垂又折流圈和焊接在折流圈上的支撑杆（杆可以水平、垂直或其他角度）所组成。支撑杆可由圆钢或扁钢制成。直或其他角度）所组成。支撑杆可由圆钢或扁钢制成。一般一般4块折流圈块折流圈为一组。为一组。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器防短路结构防短路结构防短路结构防短路结构（1）旁路挡板）旁路挡板（2）挡管）挡管挡管一般与换热管的规格相同，可与折流板点
30、焊固定，挡管一般与换热管的规格相同，可与折流板点焊固定，也可用拉杆代替。挡管应也可用拉杆代替。挡管应每隔每隔3-4排换热管设置一根排换热管设置一根，但，但不应设置在折流板缺口处。不应设置在折流板缺口处。（3 3）中间挡板）中间挡板）中间挡板）中间挡板在在U形管式换热器中设置，中间挡板一般与折流板点形管式换热器中设置，中间挡板一般与折流板点焊固定，中间挡板的焊固定，中间挡板的数量不宜多于数量不宜多于4块块。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构管壳式换热器结构6.2管壳式换热器管壳式换热器管板设管板设计的三计的三种基本种基本假设假设1.将
31、管板看承为周边支承条件下承受军部载荷的圆平板，应用平将管板看承为周边支承条件下承受军部载荷的圆平板，应用平板理论得出计算公式。考虑管孔的削弱，再引入经验性的修正系板理论得出计算公式。考虑管孔的削弱，再引入经验性的修正系数。数。2.将管子当作管板的固定支承而管板是受管子支承着的平板。管将管子当作管板的固定支承而管板是受管子支承着的平板。管板的厚度取决于管板上不布管区的范围。实践证明，这种公式适板的厚度取决于管板上不布管区的范围。实践证明，这种公式适用于各种薄管板的计算。用于各种薄管板的计算。3.将管板视为在广义弹性基础上承受军部载荷的多孔圆平板，即把将管板视为在广义弹性基础上承受军部载荷的多孔圆
32、平板，即把实际的管板简化为规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效实际的管板简化为规则排列的管孔削弱、同时又被管子加强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。这种假设既考虑了管子的加强作用，弹性基础上的均质等效圆平板。这种假设既考虑了管子的加强作用，又考虑了管子的削弱作用，比较全面，为多数国家采用。又考虑了管子的削弱作用，比较全面，为多数国家采用。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板设计管板设计管板设计管板设计6.2管壳式换热器管壳式换热器管板设管板设计的基计的基本考虑本考虑1.管束对管板绕度的约束作用，但忽略管束对管板管束对管板绕度的约束作用，但忽略管束对管板转角的约束作用转角的
33、约束作用2.管束周边不布管区对管板应力的影响，划管板为管束周边不布管区对管板应力的影响，划管板为两个区。两个区。3.不同结构的换热器，管板边缘连接结构不同，不同结构的换热器，管板边缘连接结构不同，考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管考虑壳体、管箱、法兰、封头、垫片等元件对管板应力的影响。板应力的影响。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板设计管板设计管板设计管板设计6.2管壳式换热器管壳式换热器管板设管板设计思路计思路1.管板弹性分析，将换热器分解成封头、法兰、管板、管板弹性分析，将换热器分解成封头、法兰、管板、螺栓、垫片等元件组成的弹性系统，各元件之间的相螺栓、垫片等元件
34、组成的弹性系统，各元件之间的相互作用用内力表示，管板简化为弹性基础上的等效均互作用用内力表示，管板简化为弹性基础上的等效均质圆平板。但忽略管束对管板转角的约束作用质圆平板。但忽略管束对管板转角的约束作用2.危险工况，壳程压力和管程压力不能同时作用时。危险工况，壳程压力和管程压力不能同时作用时。3.管板应力校核管板应力校核4.管板应力调整管板应力调整5.管板计算软件管板计算软件6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板设计管板设计管板设计管板设计6.2管壳式换热器管壳式换热器薄管板设计薄管板设计1.薄管板主要载荷由管壁与壳壁的温度差决定，流体薄管板主要载荷由管壁与壳壁的温度差决定，流体
35、压力引起的应力与挠度相对来说是不大的。中低压条压力引起的应力与挠度相对来说是不大的。中低压条件的薄管板厚度可直接查表或通过规范计算得到。件的薄管板厚度可直接查表或通过规范计算得到。2.因为薄管板本身的刚度小，载荷主要由管子承担，需因为薄管板本身的刚度小，载荷主要由管子承担，需要验算管子的稳定性。可减小折流板或支持板的间距。要验算管子的稳定性。可减小折流板或支持板的间距。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板设计管板设计管板设计管板设计6.2管壳式换热器管壳式换热器6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板设计管板设计管板设计管板设计6.2管壳式换热器管壳式换热器降低由于
36、管束和壳体间热膨胀差所引起的管板降低由于管束和壳体间热膨胀差所引起的管板应力、换热管与壳体上的轴向应力以及管板与换热应力、换热管与壳体上的轴向应力以及管板与换热管间的拉脱力。起到管间的拉脱力。起到补偿轴向变形补偿轴向变形的作用。的作用。根据设计条件、换热器各元件的实际应力状况，根据设计条件、换热器各元件的实际应力状况，判断是否需要膨胀节。判断是否需要膨胀节。参见参见参见参见GB16749GB16749压力容器波形膨胀节。压力容器波形膨胀节。压力容器波形膨胀节。压力容器波形膨胀节。 6.2.4 6.2.4 6.2.4 6.2.4 膨胀节设计膨胀节设计膨胀节设计膨胀节设计6.2管壳式换热器管壳式换
37、热器1. 1.膨胀节的作用膨胀节的作用膨胀节的作用膨胀节的作用2.2.是否设置膨胀节的判断是否设置膨胀节的判断是否设置膨胀节的判断是否设置膨胀节的判断3.3.膨胀节设计计算膨胀节设计计算膨胀节设计计算膨胀节设计计算1.流体诱导振动流体诱导振动2.（1）卡曼旋涡）卡曼旋涡3.（2）流体弹性振）流体弹性振动动4.（3）湍流颤振）湍流颤振5.（4）声振动）声振动6.（5）射流转换）射流转换2.2.管子固有频率管子固有频率3.防振措施防振措施（1）改变流速；）改变流速；（2）改变管子固有频率；）改变管子固有频率；（3）增设消声板；）增设消声板；（4）抑制周期性旋涡；）抑制周期性旋涡；（5）设置防冲板或
38、导流筒。）设置防冲板或导流筒。6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 管束振动与防止管束振动与防止管束振动与防止管束振动与防止6.2管壳式换热器管壳式换热器6.2.6 6.2.6 6.2.6 6.2.6 设计方法和工艺计算设计方法和工艺计算设计方法和工艺计算设计方法和工艺计算6.2管壳式换热器管壳式换热器换热器设计的换热器设计的主要任务主要任务是参数选择和结构设计、传热计算是参数选择和结构设计、传热计算及压降计算等。及压降计算等。设计主要包括壳体型式、管程数、换热管类型、管长、管设计主要包括壳体型式、管程数、换热管类型、管长、管子排列、管子支承结构（如折流板结构等）、冷热流体的流动子排
39、列、管子支承结构（如折流板结构等）、冷热流体的流动通道、工艺设计和封头、壳体、管板等零部件的结构、强度设通道、工艺设计和封头、壳体、管板等零部件的结构、强度设计计算。计计算。换热器的工器的工艺设计计算依据算依据设计任任务的不同可分的不同可分为设计计算算和校核和校核计算算两种，包括两种，包括计算算换热面面积和和选型两个方面。型两个方面。6.2管壳式换热器管壳式换热器（1）计算换热器的热负荷）计算换热器的热负荷Q（2）确定冷）确定冷热流体物性参数流体物性参数（3）初选换热器的尺寸规格）初选换热器的尺寸规格（4）计算管程算管程压降与降与传热系数系数（5）计算壳程算壳程压降与降与传热系数系数（6）计算
40、算总传热系数系数K、校核、校核传热面面积（7）对设计结果果进行行评估及估及优化化6.2.6 6.2.6 6.2.6 6.2.6 设计方法和工艺计算设计方法和工艺计算设计方法和工艺计算设计方法和工艺计算换热面积计算换热面积计算在管壳式换热器的设计中，确定了一种换热器的结构形式后，首先必须确定在管壳式换热器的设计中，确定了一种换热器的结构形式后，首先必须确定在管壳式换热器的设计中，确定了一种换热器的结构形式后，首先必须确定在管壳式换热器的设计中，确定了一种换热器的结构形式后，首先必须确定的一个重要因素是有效换热面积，换热面积的多少决定了换热器的大小。如果换的一个重要因素是有效换热面积，换热面积的多
41、少决定了换热器的大小。如果换的一个重要因素是有效换热面积，换热面积的多少决定了换热器的大小。如果换的一个重要因素是有效换热面积，换热面积的多少决定了换热器的大小。如果换热面积太小，使工艺过程不能实现，使换热器介质出口温度不能得到有效控制。热面积太小，使工艺过程不能实现，使换热器介质出口温度不能得到有效控制。热面积太小，使工艺过程不能实现，使换热器介质出口温度不能得到有效控制。热面积太小，使工艺过程不能实现，使换热器介质出口温度不能得到有效控制。如果换热面积太大，不仅造成材料的浪费，增加投资，而且增大了换热器的体积，如果换热面积太大，不仅造成材料的浪费，增加投资，而且增大了换热器的体积，如果换热
42、面积太大，不仅造成材料的浪费，增加投资，而且增大了换热器的体积，如果换热面积太大，不仅造成材料的浪费，增加投资，而且增大了换热器的体积，使其占据过多的空间。使其占据过多的空间。使其占据过多的空间。使其占据过多的空间。计算换热面积的一个重要参数是计算换热面积的一个重要参数是计算换热面积的一个重要参数是计算换热面积的一个重要参数是总传热系数总传热系数总传热系数总传热系数，它包括冷热介质的给热系数、，它包括冷热介质的给热系数、，它包括冷热介质的给热系数、，它包括冷热介质的给热系数、介质的污垢系数和金属壁的传热系数。其中计算较为复杂的是介质的给热系数。介质的污垢系数和金属壁的传热系数。其中计算较为复杂
43、的是介质的给热系数。介质的污垢系数和金属壁的传热系数。其中计算较为复杂的是介质的给热系数。介质的污垢系数和金属壁的传热系数。其中计算较为复杂的是介质的给热系数。介质的给热系数不仅与介质的物性有关，而且与介质的流动状态有关。介质的流介质的给热系数不仅与介质的物性有关，而且与介质的流动状态有关。介质的流介质的给热系数不仅与介质的物性有关，而且与介质的流动状态有关。介质的流介质的给热系数不仅与介质的物性有关，而且与介质的流动状态有关。介质的流动状态是由换热器的结构决定的，如果换热器的结构作很小改动，将引起介质流动状态是由换热器的结构决定的，如果换热器的结构作很小改动，将引起介质流动状态是由换热器的结
44、构决定的，如果换热器的结构作很小改动，将引起介质流动状态是由换热器的结构决定的，如果换热器的结构作很小改动，将引起介质流动状态作较大的变化。在一个换热器中，同一种介质的温度是不断变化的，所以动状态作较大的变化。在一个换热器中，同一种介质的温度是不断变化的，所以动状态作较大的变化。在一个换热器中，同一种介质的温度是不断变化的，所以动状态作较大的变化。在一个换热器中，同一种介质的温度是不断变化的，所以在换热器中的不同位置，同一种介质的热力学数据因温度的不同而不同。在实际在换热器中的不同位置，同一种介质的热力学数据因温度的不同而不同。在实际在换热器中的不同位置，同一种介质的热力学数据因温度的不同而不
45、同。在实际在换热器中的不同位置，同一种介质的热力学数据因温度的不同而不同。在实际计算中，往往将一种介质分成许多个温度区域，在不同的温度区域，对介质的热计算中，往往将一种介质分成许多个温度区域，在不同的温度区域，对介质的热计算中，往往将一种介质分成许多个温度区域，在不同的温度区域，对介质的热计算中，往往将一种介质分成许多个温度区域，在不同的温度区域，对介质的热力学数据作相应的计算。在换热器的设计过程中，换热面积的确定是最为关键的力学数据作相应的计算。在换热器的设计过程中，换热面积的确定是最为关键的力学数据作相应的计算。在换热器的设计过程中，换热面积的确定是最为关键的力学数据作相应的计算。在换热器
46、的设计过程中，换热面积的确定是最为关键的一步，它不仅需要计算方法正确严密，而且各种参数必须十分精确。一步，它不仅需要计算方法正确严密，而且各种参数必须十分精确。一步，它不仅需要计算方法正确严密，而且各种参数必须十分精确。一步，它不仅需要计算方法正确严密，而且各种参数必须十分精确。换热器的分析计算过程是一个动态的计算过程，往往须不断地调整换热器的换热器的分析计算过程是一个动态的计算过程，往往须不断地调整换热器的换热器的分析计算过程是一个动态的计算过程，往往须不断地调整换热器的换热器的分析计算过程是一个动态的计算过程，往往须不断地调整换热器的结构参数。而管壳式换热器的结构参数很多，其中一项的改变将
47、会使计算结果产结构参数。而管壳式换热器的结构参数很多，其中一项的改变将会使计算结果产结构参数。而管壳式换热器的结构参数很多，其中一项的改变将会使计算结果产结构参数。而管壳式换热器的结构参数很多，其中一项的改变将会使计算结果产生很大变化，所以需要不断的反复，不仅要使换热面积满足需要，而且还应兼顾生很大变化，所以需要不断的反复，不仅要使换热面积满足需要，而且还应兼顾生很大变化，所以需要不断的反复，不仅要使换热面积满足需要，而且还应兼顾生很大变化，所以需要不断的反复，不仅要使换热面积满足需要，而且还应兼顾到其它许多因素，例如介质阻力情况等等。到其它许多因素，例如介质阻力情况等等。到其它许多因素，例如
48、介质阻力情况等等。到其它许多因素，例如介质阻力情况等等。管束振动分析管束振动分析对于管壳式换热器，一个容易被忽视的问题是换热管的振动。而换热管束的对于管壳式换热器，一个容易被忽视的问题是换热管的振动。而换热管束的对于管壳式换热器，一个容易被忽视的问题是换热管的振动。而换热管束的对于管壳式换热器，一个容易被忽视的问题是换热管的振动。而换热管束的振动往往是换热管破坏的主要原因振动往往是换热管破坏的主要原因振动往往是换热管破坏的主要原因振动往往是换热管破坏的主要原因，使换热器过早报废。，使换热器过早报废。，使换热器过早报废。，使换热器过早报废。引起换热管振动的引起换热管振动的引起换热管振动的引起换热
49、管振动的因素因素因素因素很多，也较复杂。当介质流量接近使换热管产生共振很多，也较复杂。当介质流量接近使换热管产生共振很多，也较复杂。当介质流量接近使换热管产生共振很多，也较复杂。当介质流量接近使换热管产生共振的临界流量时，将引起换热管束产生较大的振动。另外换热器内部介质的局部湍的临界流量时，将引起换热管束产生较大的振动。另外换热器内部介质的局部湍的临界流量时，将引起换热管束产生较大的振动。另外换热器内部介质的局部湍的临界流量时，将引起换热管束产生较大的振动。另外换热器内部介质的局部湍流、涡流也会引起换热管振动。流、涡流也会引起换热管振动。流、涡流也会引起换热管振动。流、涡流也会引起换热管振动。
50、换热管振动的换热管振动的换热管振动的换热管振动的位置位置位置位置较广，可以是某两个折流板间的所有换热管同时产生振动，较广，可以是某两个折流板间的所有换热管同时产生振动，较广，可以是某两个折流板间的所有换热管同时产生振动，较广，可以是某两个折流板间的所有换热管同时产生振动，或只有几排换热管产生振动。也可能是在介质进口或出口端的某些换热管产生振或只有几排换热管产生振动。也可能是在介质进口或出口端的某些换热管产生振或只有几排换热管产生振动。也可能是在介质进口或出口端的某些换热管产生振或只有几排换热管产生振动。也可能是在介质进口或出口端的某些换热管产生振动。总之，换热管的振动可能发生在换热管束的任何一
51、处或多处。动。总之，换热管的振动可能发生在换热管束的任何一处或多处。动。总之，换热管的振动可能发生在换热管束的任何一处或多处。动。总之，换热管的振动可能发生在换热管束的任何一处或多处。换热器的管束换热器的管束换热器的管束换热器的管束振动分析振动分析振动分析振动分析，就是要确定换热管的振动位置以及振动性质，了解，就是要确定换热管的振动位置以及振动性质，了解，就是要确定换热管的振动位置以及振动性质，了解，就是要确定换热管的振动位置以及振动性质，了解引起换热管产生振动的原因，从而消除换热管的振动。消除换热管振动的方法有引起换热管产生振动的原因，从而消除换热管的振动。消除换热管振动的方法有引起换热管产
52、生振动的原因，从而消除换热管的振动。消除换热管振动的方法有引起换热管产生振动的原因，从而消除换热管的振动。消除换热管振动的方法有很多，可以通过改变换热器的结构尺寸来改变换热管束的固有频率或流体的流动很多，可以通过改变换热器的结构尺寸来改变换热管束的固有频率或流体的流动很多，可以通过改变换热器的结构尺寸来改变换热管束的固有频率或流体的流动很多，可以通过改变换热器的结构尺寸来改变换热管束的固有频率或流体的流动状态，从而消除换热管的振动。或者在换热管束的振动部位增加局部支撑板，来状态，从而消除换热管的振动。或者在换热管束的振动部位增加局部支撑板，来状态，从而消除换热管的振动。或者在换热管束的振动部位
53、增加局部支撑板，来状态，从而消除换热管的振动。或者在换热管束的振动部位增加局部支撑板，来约束换热管的振动。约束换热管的振动。约束换热管的振动。约束换热管的振动。 换热器网络分析换热器网络分析在一个工程系统中，往往不是对单一的某台换热器进行分析，常常是对由多在一个工程系统中，往往不是对单一的某台换热器进行分析，常常是对由多在一个工程系统中，往往不是对单一的某台换热器进行分析，常常是对由多在一个工程系统中，往往不是对单一的某台换热器进行分析，常常是对由多个换热器组成的网络进行联合计算，其间还有一些其它设备（例如：阀门、混合、个换热器组成的网络进行联合计算，其间还有一些其它设备（例如：阀门、混合、个
54、换热器组成的网络进行联合计算，其间还有一些其它设备（例如：阀门、混合、个换热器组成的网络进行联合计算，其间还有一些其它设备（例如：阀门、混合、分离等设备）。分离等设备）。分离等设备）。分离等设备）。下图为一个简单的换热器网络。对一个换热器网络应进行综合的下图为一个简单的换热器网络。对一个换热器网络应进行综合的下图为一个简单的换热器网络。对一个换热器网络应进行综合的下图为一个简单的换热器网络。对一个换热器网络应进行综合的考虑并进行系统的分析。考虑并进行系统的分析。考虑并进行系统的分析。考虑并进行系统的分析。换热器强度计算换热器强度计算确定了换热器的结构及尺寸以后，确定了换热器的结构及尺寸以后，确
55、定了换热器的结构及尺寸以后，确定了换热器的结构及尺寸以后，必须对换热器的所有受压元件进必须对换热器的所有受压元件进必须对换热器的所有受压元件进必须对换热器的所有受压元件进行强度计算行强度计算行强度计算行强度计算。因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器。因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器。因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器。因为管壳式换热器一般用于压力介质的工况，所以换热器的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计
56、，对的壳体大多为压力容器，必须按照压力容器的标准进行计算和设计，对于钢制的换热器，我国一般按照于钢制的换热器，我国一般按照于钢制的换热器，我国一般按照于钢制的换热器，我国一般按照GB150GB150标准进行设计，标准进行设计，标准进行设计，标准进行设计，或者美国或者美国或者美国或者美国ASMEASME标准进行设计。对于其它一些受压元件，例如管板、折标准进行设计。对于其它一些受压元件，例如管板、折标准进行设计。对于其它一些受压元件，例如管板、折标准进行设计。对于其它一些受压元件，例如管板、折流板等，可以按照我国的流板等，可以按照我国的流板等，可以按照我国的流板等，可以按照我国的GB151GB15
57、1或者美国或者美国或者美国或者美国TEMATEMA标准标准标准标准进行设计。对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标进行设计。对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标进行设计。对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标进行设计。对于其它材料的换热器，例如钛材、铜材等应按照相应的标准进行设计。准进行设计。准进行设计。准进行设计。下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供参考。该换热器下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供参考。该换热器下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供参考。该换热器下面提供一氮气冷却器的受压元件强度计算，以供参考。该换热器为为为
58、为U U形管式换热器，壳体直径形管式换热器，壳体直径形管式换热器，壳体直径形管式换热器，壳体直径500mm500mm，管程设计压力，管程设计压力，管程设计压力，管程设计压力3.8MPa3.8MPa，壳程设计，壳程设计，壳程设计，壳程设计压力压力压力压力0.6MPa0.6MPa。详细强度计算如下：。详细强度计算如下：。详细强度计算如下：。详细强度计算如下：计算过程计算过程1.1.壳程筒体强度计算壳程筒体强度计算壳程筒体强度计算壳程筒体强度计算 2.2.前端管箱筒体强度计算前端管箱筒体强度计算前端管箱筒体强度计算前端管箱筒体强度计算3.3.前端管箱封头强度计算前端管箱封头强度计算前端管箱封头强度计
59、算前端管箱封头强度计算4.4.后端壳程封头强度计算后端壳程封头强度计算后端壳程封头强度计算后端壳程封头强度计算5.5.管板强度计算管板强度计算管板强度计算管板强度计算6.6.管程设备法兰强度计算管程设备法兰强度计算管程设备法兰强度计算管程设备法兰强度计算7.7.接管开孔补强计算接管开孔补强计算接管开孔补强计算接管开孔补强计算计算分析实例计算分析实例这里为大家提供了一个实例，甲烷化炉进出口换热器。其管程介质为脱碳这里为大家提供了一个实例，甲烷化炉进出口换热器。其管程介质为脱碳这里为大家提供了一个实例，甲烷化炉进出口换热器。其管程介质为脱碳这里为大家提供了一个实例，甲烷化炉进出口换热器。其管程介质
60、为脱碳气，温度由气，温度由气，温度由气，温度由70C70C升高到升高到升高到升高到315.6C315.6C。壳程介质为甲烷化气，温度由。壳程介质为甲烷化气，温度由。壳程介质为甲烷化气，温度由。壳程介质为甲烷化气，温度由346.4C346.4C降低到降低到降低到降低到89.5C89.5C。这台换热器计算较为复杂，介质温度梯度较大；管壳程介质组分较多。这台换热器计算较为复杂，介质温度梯度较大；管壳程介质组分较多。这台换热器计算较为复杂，介质温度梯度较大；管壳程介质组分较多。这台换热器计算较为复杂，介质温度梯度较大；管壳程介质组分较多( (其中包括氮气、氢气、甲烷、氩气、一氧化碳、水共六种组分其中包
61、括氮气、氢气、甲烷、氩气、一氧化碳、水共六种组分其中包括氮气、氢气、甲烷、氩气、一氧化碳、水共六种组分其中包括氮气、氢气、甲烷、氩气、一氧化碳、水共六种组分) )；换热管较长，；换热管较长，；换热管较长，；换热管较长，长度为长度为长度为长度为12.512.5米；折流板数量较多，其数量为米；折流板数量较多，其数量为米；折流板数量较多，其数量为米；折流板数量较多，其数量为3232块；换热管数目较多，其数目共块；换热管数目较多，其数目共块；换热管数目较多，其数目共块；换热管数目较多，其数目共为为为为17871787根。这台换热器在整个系统中十分重要，不仅要求具有良好的换热效果，根。这台换热器在整个系
62、统中十分重要，不仅要求具有良好的换热效果，根。这台换热器在整个系统中十分重要，不仅要求具有良好的换热效果，根。这台换热器在整个系统中十分重要，不仅要求具有良好的换热效果，而且必须完全控制介质阻力。由下面的分析报告可以看出，换热面积的富裕量而且必须完全控制介质阻力。由下面的分析报告可以看出，换热面积的富裕量而且必须完全控制介质阻力。由下面的分析报告可以看出，换热面积的富裕量而且必须完全控制介质阻力。由下面的分析报告可以看出，换热面积的富裕量仅为仅为仅为仅为7.8%,7.8%,节约了投资成本，而且介质阻力也在控制之下。从长期的实际运行情节约了投资成本，而且介质阻力也在控制之下。从长期的实际运行情节
63、约了投资成本，而且介质阻力也在控制之下。从长期的实际运行情节约了投资成本，而且介质阻力也在控制之下。从长期的实际运行情况来看，此换热器完全满足工艺要求。请见下面的换热器分析详细数据。况来看，此换热器完全满足工艺要求。请见下面的换热器分析详细数据。况来看，此换热器完全满足工艺要求。请见下面的换热器分析详细数据。况来看，此换热器完全满足工艺要求。请见下面的换热器分析详细数据。一.换热器结构参数换热器结构参数换热器结构参数换热器结构参数 二二二二.介质组分数据介质组分数据介质组分数据介质组分数据 三三三三.物性数据物性数据物性数据物性数据 四四四四.传热数据传热数据传热数据传热数据五五五五.介质阻力
64、分布及管束振动分析介质阻力分布及管束振动分析介质阻力分布及管束振动分析介质阻力分布及管束振动分析点击点击点击点击点击固定管板式换热器固定管板式换热器固定管板式换热器固定管板式换热器固定管板式换热器结构如上图所示，换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管固定管板式换热器结构如上图所示，换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。也可用纵向隔板分成多程，规格范围
65、广，故在工程中广泛应用。其缺点是壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对于较脏或对材料有腐蚀性的介其缺点是壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对于较脏或对材料有腐蚀性的介质不能走壳程。壳体与换热管温差应力较大，当温差应力很大时，可以设置单波或多波膨胀节减质不能走壳程。壳体与换热管温差应力较大，当温差应力很大时，可以设置单波或多波膨胀节减小温差应力。小温差应力。返回返回点击点击点击点击U U形管式换热器形管式换热器形管式换热器形管式换热器上图为双壳程上图为双壳程U形管式换热器。形管式换热器。U形管式换热器是将换热管弯成形管式换热器是将换热管弯成U形，管子两端固形，管子两端固定在
66、同一块管板上。由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。因定在同一块管板上。由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。因U形管式换热器仅有一块管板，所以结构较简单，管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，形管式换热器仅有一块管板，所以结构较简单，管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗但管内清洗稍困难，所以管内介质必须清洁且不易结垢。稍困难，所以管内介质必须清洁且不易结垢。U形管式换热器一般用于高形管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。壳程可设置纵向隔板，将壳程分为两程壳程可设置纵向隔板，将壳程
67、分为两程(如图中所示如图中所示)。返回返回点击点击方形壳体翅片管换热器方形壳体翅片管换热器方形壳体翅片管换热器方形壳体翅片管换热器1外形图外形图剖视图剖视图方形壳体翅片管换热器的壳体为方箱形方形壳体翅片管换热器的壳体为方箱形(如上图所示如上图所示)，其换热管为带翅片的翅片管。换热，其换热管为带翅片的翅片管。换热管可为单排或多排换热管。翅片材料可采用碳钢、不锈钢、铝或铜材等。翅片的翅高、翅距和管可为单排或多排换热管。翅片材料可采用碳钢、不锈钢、铝或铜材等。翅片的翅高、翅距和翅片厚度可根据实际工况而定。翅片厚度可根据实际工况而定。这种形式的换热器因为采用了翅片管，可大大强化传热面积，所以特别适用于
68、给热系数较这种形式的换热器因为采用了翅片管，可大大强化传热面积，所以特别适用于给热系数较低的流体。壳程流通面积可设计较大，流动阻力较小，所以对于压力较低和对压力降要求较小低的流体。壳程流通面积可设计较大，流动阻力较小，所以对于压力较低和对压力降要求较小的流体特别适用。在实际生产中，常常用这种换热器来加热或冷却低压空气。的流体特别适用。在实际生产中，常常用这种换热器来加热或冷却低压空气。其缺点：因为壳体为方箱形，虽然管程可承受高压介质，但壳程只能承受较低压力的介质。其缺点：因为壳体为方箱形，虽然管程可承受高压介质，但壳程只能承受较低压力的介质。这种换热器的金属消耗量大，制造成本较高。这种换热器的
69、金属消耗量大，制造成本较高。在实际生产装置中，为提高壳程的耐压能力，往往将壳体做成圆形，而管束采用方形布管。在实际生产装置中，为提高壳程的耐压能力，往往将壳体做成圆形，而管束采用方形布管。结构可参见结构可参见附图附图返回返回浮头式换热器浮头式换热器浮头式换热器浮头式换热器浮头式换热器结构如图所示，其一端管板与壳体固定，而另一端的管浮头式换热器结构如图所示，其一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结的温差较大时，管
70、束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。这种构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程都要进行清洗的工况。程都要进行清洗的工况。浮头式换热器的缺点是结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作浮头式换热器的缺点是结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能。时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能。返回返回点击点击填料函式换热器填
71、料函式换热器填料函式换热器填料函式换热器上图为填料函式双管程双壳程换热器，填料函式换热器的换热管束可以自上图为填料函式双管程双壳程换热器，填料函式换热器的换热管束可以自由滑动，壳侧介质靠填料密封。对于一些壳体与管束温差较大，腐蚀严重而需由滑动，壳侧介质靠填料密封。对于一些壳体与管束温差较大，腐蚀严重而需经常更换管束的换热器，可采用填料函式换热器。它具有浮头换热器的优点，经常更换管束的换热器，可采用填料函式换热器。它具有浮头换热器的优点，又克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修清洗。又克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修清洗。填料函式换热器的缺点：使用直
72、径小；不适于高温、高压条件下；壳程介填料函式换热器的缺点：使用直径小；不适于高温、高压条件下；壳程介质不适于易挥发、易燃、易爆、有毒等介质。质不适于易挥发、易燃、易爆、有毒等介质。返回返回点击点击固定管板式换热器结构二固定管板式换热器结构二固定管板式换热器结构二固定管板式换热器结构二返回返回固定管板式换热器结构三固定管板式换热器结构三固定管板式换热器结构三固定管板式换热器结构三返回返回固定管板式换热器结构四固定管板式换热器结构四固定管板式换热器结构四固定管板式换热器结构四返回返回固定管板式换热器结构一固定管板式换热器结构一固定管板式换热器结构一固定管板式换热器结构一返回返回U U U U 形形
73、形形 管管管管 结结结结 构构构构 1 1 1 1返回返回U U U U 形形形形 管管管管 结结结结 构构构构 2 2 2 2返回返回附图附图附图附图左图为一空气段间冷却器的剖视图。左图为一空气段间冷却器的剖视图。该换热器的管束采用方形排列的翅该换热器的管束采用方形排列的翅片管，管束长度为片管，管束长度为3.7m。为提高壳。为提高壳体的承压能力，壳体采用圆筒形，体的承压能力，壳体采用圆筒形，直径直径900mm。换热管为紫铜整体轧制翅片管，换热管为紫铜整体轧制翅片管，翅片外径翅片外径36mm，翅，翅片根径为片根径为20mm，换热管内径，换热管内径16mm，翅片，翅片间距间距2.5mm，翅片厚度
74、为，翅片厚度为0.5mm，换热总面积为，换热总面积为440m2。空气条件：空气条件：流量：流量：30000Nm3/h温度：温度：100-40C工作压力：工作压力：0.1MPa压降压降:150mm水柱水柱总热负荷总热负荷:597000kcal/h返回返回浮浮浮浮 头头头头 结结结结 构构构构 1返回返回浮浮浮浮 头头头头 结结结结 构构构构 2 2 2 2返回返回填料函式换热器结构一填料函式换热器结构一填料函式换热器结构一填料函式换热器结构一返回返回填料函式换热器结构二填料函式换热器结构二填料函式换热器结构二填料函式换热器结构二返回返回第六章 换热设备6.1概述概述6.2管壳式换热器管壳式换热器
75、6.3余热锅炉余热锅炉6.4传热强化技术传热强化技术6.3余热锅炉余热锅炉余热锅炉余热锅炉余热锅炉余热锅炉余热锅炉是利用工业生产中的预热来生产蒸余热锅炉是利用工业生产中的预热来生产蒸余热锅炉是利用工业生产中的预热来生产蒸余热锅炉是利用工业生产中的预热来生产蒸汽的一种换热设备。汽的一种换热设备。汽的一种换热设备。汽的一种换热设备。广泛应用于化工、石油、冶金等工业部门。广泛应用于化工、石油、冶金等工业部门。广泛应用于化工、石油、冶金等工业部门。广泛应用于化工、石油、冶金等工业部门。什么是什么是锅炉锅炉？6.3.1 6.3.1 6.3.1 6.3.1 余热锅炉的作用余热锅炉的作用余热锅炉的作用余热锅
76、炉的作用1. 1.满足工艺生产的需要满足工艺生产的需要满足工艺生产的需要满足工艺生产的需要2. 2.提高热能总利用率，节约一次能源消耗提高热能总利用率，节约一次能源消耗提高热能总利用率，节约一次能源消耗提高热能总利用率，节约一次能源消耗3. 3.消除环境污染，减少公害消除环境污染，减少公害消除环境污染，减少公害消除环境污染，减少公害作用：作用：燃煤锅炉燃煤锅炉燃煤锅炉燃煤锅炉燃油锅炉燃油锅炉燃油锅炉燃油锅炉燃气锅炉燃气锅炉燃气锅炉燃气锅炉6.3.2 6.3.2 6.3.2 6.3.2 余热锅炉的基本特点余热锅炉的基本特点余热锅炉的基本特点余热锅炉的基本特点与锅炉基本相似，通常与锅炉基本相似，通
77、常由省热器、蒸发器和过热器等由省热器、蒸发器和过热器等部件组成。无燃烧装置。部件组成。无燃烧装置。1.结构形式多种多样结构形式多种多样2.热源广，介质多种多样，热源广，介质多种多样，3.有些主体设备与辅助设备分散安装在工艺流程的不同有些主体设备与辅助设备分散安装在工艺流程的不同位置。位置。4.操作不稳定受到余热源热负荷波动的影响。操作不稳定受到余热源热负荷波动的影响。5.有些水侧、气侧均处于高温、高压条件下。有些水侧、气侧均处于高温、高压条件下。6.3余热锅炉余热锅炉1.管壳式余热锅炉管壳式余热锅炉：由锅筒、管子及金属壳体组成。结：由锅筒、管子及金属壳体组成。结构紧凑、单位换热面积的金属消耗较
78、少，适应的介质和构紧凑、单位换热面积的金属消耗较少，适应的介质和操作条件较广泛。操作条件较广泛。2.烟道式余热锅炉烟道式余热锅炉：与燃烧炉类似。在硫酸工业应用较：与燃烧炉类似。在硫酸工业应用较广。烟气的含尘量高，受热面磨损严重，腐蚀严重。广。烟气的含尘量高，受热面磨损严重，腐蚀严重。6.3.3 6.3.3 6.3.3 6.3.3 余热锅炉的基本结构余热锅炉的基本结构余热锅炉的基本结构余热锅炉的基本结构6.3余热锅炉余热锅炉增加平均传热温差增加平均传热温差增加平均传热温差增加平均传热温差逆流流动逆流流动逆流流动逆流流动 、多股流体流动、多股流体流动、多股流体流动、多股流体流动 扩大换热面积扩大换
79、热面积扩大换热面积扩大换热面积小直径管小直径管小直径管小直径管提高传热系数提高传热系数提高传热系数提高传热系数有功传热强化和无功传热强化有功传热强化和无功传热强化有功传热强化和无功传热强化有功传热强化和无功传热强化6.4传热强化技术传热强化技术6.4.1 6.4.1 6.4.1 6.4.1 传热强化概述传热强化概述传热强化概述传热强化概述式中式中K为总传热系数系数, ,1、2为传热面两面两侧的的对流流给热系数系数, ,R1、R2为两两侧污垢垢热阻。阻。为管壁的厚度，管壁的厚度，为管材的管材的热导率。率。6.4传热强化技术传热强化技术6.4.1 6.4.1 6.4.1 6.4.1 传热强化概述传
80、热强化概述传热强化概述传热强化概述提高对流传热系数的方法提高对流传热系数的方法主动强化主动强化被动强化被动强化采用外加的采用外加的动力（如机械力（如机械力、力、电磁力等）来增磁力等）来增强强传热除了除了输送送传热介介质的功的功率消耗外不再需要附加率消耗外不再需要附加动力来增力来增强强传热在管壳式在管壳式换热器中，采用最多的被器中，采用最多的被动强强化化传热方法是方法是扩展表面及管内放置展表面及管内放置强强化化传热元件元件，它既能提高，它既能提高传热系数，又能增加系数，又能增加传热面面积。槽管槽管槽管槽管横纹槽管横纹槽管横纹槽管横纹槽管碾扎槽管碾扎槽管碾扎槽管碾扎槽管螺旋槽管螺旋槽管螺旋槽管螺旋
81、槽管翅片翅片翅片翅片板式翅片板式翅片板式翅片板式翅片外翅片圆管外翅片圆管外翅片圆管外翅片圆管内翅片圆管内翅片圆管内翅片圆管内翅片圆管槽带板式翅片槽带板式翅片槽带板式翅片槽带板式翅片穿孔翅片穿孔翅片穿孔翅片穿孔翅片6.4传热强化技术传热强化技术6.4.2 6.4.2 6.4.2 6.4.2 扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热扩展表面扩展表面a螺旋槽管螺旋槽管b横纹槽管横纹槽管c板式翅片板式翅片d槽带板式翅片槽带板式翅片e外翅片圆管外翅片圆管f穿孔翅片穿孔翅片6.4传热强化技术传热强化技术6.4.2 6.4.2 6.4.2 6.4.2
82、扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热扩展表面扩展表面其它形状换热管其它形状换热管:缩放管、螺纹管、波纹管缩放管、螺纹管、波纹管几种表面粗糙几种表面粗糙换热管管（a a）缩放管放管图6-37 6-37 ；（；（b b）螺）螺纹管；（管；（c c）波形管）波形管6.4传热强化技术传热强化技术6.4.2 6.4.2 6.4.2 6.4.2 扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热扩展表面及内插件强化传热内插件强化传热内插件强化传热不改不改变传热面形状面形状，通，通过改改变换热管内流体流管内流体流动来来强强化化
83、传热，提高，提高传热效率，效率，简便有效，也有利于便有效，也有利于传热面面积的的扩大，且易于大，且易于对旧旧设备进行改造，行改造，应用广泛。用广泛。目前管内目前管内插入物种插入物种类较多，主要是利用各种金属的条、多，主要是利用各种金属的条、带、片和、片和丝等等绕制或扭曲成螺旋形（如螺旋制或扭曲成螺旋形（如螺旋线、扭、扭带、错开扭开扭带、螺旋片和静、螺旋片和静态混合器等），或冲成混合器等），或冲成带有缺有缺口的插入口的插入带。各种插入物各种插入物强强化化传热的的机理机理是，利用插入物使流体是，利用插入物使流体产生径向流生径向流动，从而加，从而加强强流体的混合，流体的混合，获得得较高的高的对流流传
84、热系数。在系数。在设计过程中程中应考考虑加入内插件后的加入内插件后的压降降增大影响。增大影响。改变壳程挡板结构改变壳程挡板结构 改变管束支承结构改变管束支承结构6.4传热强化技术传热强化技术6.4.3 6.4.3 6.4.3 6.4.3 壳程强化传热壳程强化传热壳程强化传热壳程强化传热a.杆式支承杆式支承结构构b.自支承自支承结构构将折流板该成杆式支承结构，将折流板该成杆式支承结构，消除传热死区、阻力小、结垢减慢、消除传热死区、阻力小、结垢减慢、消除局部腐蚀和磨损消除局部腐蚀和磨损。自支承结构通过采用自支撑管，如刺孔膜片管、螺旋扁管和变截面自支承结构通过采用自支撑管，如刺孔膜片管、螺旋扁管和变截面管来简化管束支撑，提高换热器的紧凑度。管来简化管束支撑，提高换热器的紧凑度。c.螺旋折流式支承螺旋折流式支承结构构6.4传热强化技术传热强化技术6.4.3 6.4.3 6.4.3 6.4.3 壳程强化传热壳程强化传热壳程强化传热壳程强化传热自支撑管及其自支撑自支撑管及其自支撑结构构（a）刺孔膜片管；（）刺孔膜片管；（b）螺旋扁管；（）螺旋扁管；（c）变截面管截面管c.螺旋折流式支承结构螺旋折流式支承螺旋折流式支承
