化工设备基础10-换热器

换热器的概念换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器等。换热设备因其用途不同，类型繁多，性能不一，但均可归结为管壳式结构和板式结构两大类。板式换热器由压成各种形状的薄板组成传热面，冷热两种介质分别在相邻两板之间流动。板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度低，密封性能差，故其应用受到了限制。因此，在生产中应用较多的是管壳式换热器。•管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆筒形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。•在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。接管法兰管箱容器法兰排气管膨胀节管板拉杆定距管折流板换热管壳程接管支座排污口管程接管管壳式换热器的基本类型固定管板式浮头式U型管式填料函式两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。分为带补偿器和不带补偿器两种。优点：1）结构简单、紧凑；2）造价低。缺点：1）壳程难清洗；2）存在有温差应力。适用场合：介质较清洁，不易结垢；管程与壳程温差不大；壳程压力不高。一、固定管板式换热器优点：1.管束可以抽出，便于清洗；2.小管板在壳体内可滑动，管束的热变形不会受壳体约束，消除热应力；缺点：1.结构复杂，造价高，且浮头内漏不便检查；2.管束与壳体间隙较大——影响传热。二、浮头式换热器两端管板，一个固定，另一个是浮动的。1.只有一块管板，换热管弯成U形，管子两端均固定在这块管板上，所有管子入口端集中在半块管板上，出口端集中在另半块管板上，中间用管箱分程隔板隔开；2.管子可以自由膨胀；3.管子可以抽出，管间易清洗；但管内不便清洗，不易更换；4.结构不紧凑。三、U形管式换热器结构特点：浮头式换热器的又一种改进，浮头移至壳程外，用填料函密封壳程内介质的外泄。优点：1、管束可以抽出，热应力可以消除2、省去浮头式换热器的外头盖，内泄露易发现缺点：1、少量外泄难避免适用要求：1、介质压力和温度不宜过高2、介质无毒、不易燃、不易爆四、填料函式换热器主要零部件一、壳体二、管箱换热器的封头称为管箱。它由封头、短节、法兰和分程隔板等零件构成。增加短节的目的是保证管箱有必要的深度安置接管和改善流体分布。单管程的，管箱中没有分程隔板。双管程结构，前管箱中有一块分程隔板，分程隔板与管箱之间是借助密封垫片压紧密封。三、管束换热管选用，要注意：单位传热面积的金属耗量传热效果结构紧凑清洗及结垢等等因素换热管排列形式1.正三角形和转正三角形排列流体沿垂直方向流过管束，该管束为正三角形排列流体沿水平方向流经管束，该管束为转角正三角形排列正三角形排列正方形排列2.正方形和转角正方形排列3.组合排列管间距——换热管中心距要考虑到：管板强度；清洗空间；管子在管板上的固定方法……中心距≥1.25倍管子外径四、管板1、它是一个被密布的管孔所削弱了的圆型平板，要考虑管孔对板的强度与刚度的削弱。2、管板是被支承在由管束所构成的弹性基础上。3、管板不但与管束而且与壳体均是刚性连接，壳壁的热变形及由壳程压力、管程压力引起的壳壁轴向伸缩会受到管束和管板的约束，从而在管板上就要受到壳壁作用给它的力和力矩。这些因素也都将影响管板的强度计算结果。4、当管板兼作法兰时，管板对法兰除有加强作用外，法兰力矩反过来对管板应力也有影响，因而凡决定法兰力矩的参数都会影响管板尺寸的确定。五、管子与管板的连接①胀接工具：胀管器胀管过程发生：管子端部——塑性变形；管板孔边缘——弹性变形胀管结束后：管板孔边缘弹性回复，挤压管端并贴紧。优点：工艺简单方便；消除间隙—避免间隙腐蚀。缺点：温度升高时，管端会发生松弛—泄漏。适用条件：p≤4.0MPa,t≤350℃。注意：管端硬度＜管板硬度。保证紧密性的方法：•管板孔开槽；•胀接周边保证清洁；•管子硬度低于管板孔周边硬度。保证管端硬度较低并且低于管板硬度的方法：管端退火处理。选材考虑。2.焊接优点：①高温高压下能保证连接的紧密性②管板孔加工精度要求低于胀接③焊接工艺简单④压力不高时可用薄管板缺点：存在焊接热应力——应力腐蚀；管与孔间有间隙——形成介质死区，间隙腐蚀。管子与管板焊接形式：3.胀焊并用克服了单纯的焊接及胀接的缺点，主要优点是：连接紧密，提高抗疲劳能力；消除间隙腐蚀和应力腐蚀；提高使用寿命。胀焊并用结构：强度胀加密封焊强度焊加贴胀六、管程分程及管板与隔板的连接1.换热面积较大，要进行分程1）管子太长，设备长径比过大，浪费材料；2）增加流速，提高传热效果。2.分程要求：1）各程管数大致相同；2）相邻程管壁温差≤28℃；3）程间密封长度应最短；4）隔板形状应简单。3.常用管程数为：1，2，4，6，8，12。分程隔板：单层及双层七、折流板及支撑板作用：①提高壳程流体流速，改变流动方向—提高传热效率②支撑换热管形式：a.弓形；b.圆盘-圆环形；c.扇形。八、旁路挡板壳体与管束之间存在有较大间隙时，为避免流体走短路，沿纵向设置板条，迫使流体穿过管束。九、拦液板作用：在立式冷凝器中，用来减薄管壁上的液膜以提高传热膜系数。十、膨胀节——装在固定管板式换热器上的挠性元件。1.膨胀节的作用：对管子与壳体的膨胀变形差进行补偿，以消除或减小温差应力。2.结构形式：1）平板焊接膨胀节；2）波形膨胀节；3）夹壳式膨胀节4）波纹管管壳式换热器机械设计内容1.壳体直径及壁厚；2.封头法兰、管件及补强；3.管板结构及强度；4.细部连接结构；5.附件结构；6.管子拉脱力验算；7.壳体热应力校核；8.支座设计。