换热器设计思路及相关知识.docx
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1、换热器分类:管壳式换热器根据结构特点可分为下列两类。 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,管束空间经常清洗。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,且由于管子需要有一定的弯曲半径,管板的利用
2、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,以保证管子的自由伸缩,当换热器内的管子数目很少时,才采用这种结 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,在浮动处采用整体填料函密封,结构较简单,但此种结构不易用在直径 大、压力高的情况。填料函式换热器现在很少采用。二、设计条件的审查: 1. 换热器的设计,用户应提供一下设计条件(工艺参数): 管、壳程的操作压力(作为判定设备是否上类的条件之一,必须
3、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: .如用户有特殊要求,请用户提供牌号,颜色 .用户无特殊要求,设计人员自己选定 2. 几个重点设计条件 操作压力:作为判定设备是否上类 的条件之一,必须提供 物料特性:如用户不提供物料名称则必须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、锻件的级别对于上类设备,还关系到设备的划分: a、GB150 10.8.2.1(f)图样注明盛装毒性极度危害
4、或高度危害介质的容器100%RT. b、10.4.1.3 图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, 322.5,382.5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,应采用正方形排列。1设计压力,设计温度,焊接接头系数2直径:DN400的圆筒,采用钢管。DN400的圆筒,采用钢板卷制。16”钢管-与用户商量采用钢板卷制。3布置图:根据换热面积、换
5、热管规格画布置图,确定换热管数量。如果用户提供了布管图,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 管板本身具有凸肩并与圆筒(或封头)连接时,应采用锻件。由于采用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,采用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,在管壳式换热器的设计中是一个比较重要的结构部分。他不仅加工工作量大,而且必须
6、使每一个连接处在设备运作中,保证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情况,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情况。 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,一般适用于设计压力 4Mpa,设计温度300度,并且在操作中无剧烈地震动,无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀。 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
7、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,故应优先采用。 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,也常采用焊接法。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,焊口极易发生疲劳裂 纹,列管与管孔存在间隙,当受到腐蚀介质的侵蚀时,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。这样不但能提高接头的抗疲劳性能,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
8、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,采用强度胀加密封焊(密封焊是指单纯防止渗漏而施行的焊接,并不保证强度)。 当在压力和温度都很高的情况下,则采用强度焊加贴胀,(强度焊 是即使焊缝有严密性,又能保证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高焊缝的抗 疲劳性能。具体的结构尺寸标准中(GB/T151)已有规定,在此不再详述。对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35uM。b、单换热管与管板胀接联接时,管孔表面粗糙度
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