化工设备机械基础(设备部分)教案 (a)内径(b)外径(c)中径(d)介于内径和外径中间的某一值 4、下列哪一种换热器在温差较大时可能需要设置温差补偿装置?() (a)填料函式换热器(b)U形管式换热器(c)浮头式换热器(d)固定管板式换热器 5、管壳式换热器属于下列哪种类型的换热器?() a)混合式换热器(b)间壁式换热器(c)蓄热式换热器(d)板面式换热器 6、U形管换热器的公称长度是指:() (a)U形管的抻开长度(b)U形管的直管段长度(c)壳体的长度(d)换热器的总长度 7、请根据给定条件,选择一种形式的换热器。高温高压介质且温差较大,壳程介质为有毒的易挥发性 物质,对壳程需要进行清洗。() (a)固定管板式换热器(b)填料函式换热器(c)U形管式换热器(d)浮头式换热器 8、有某型号为:BEMO~2.5200 4I的换热器,其中的1000为() 6 a)公称换热面积(b)换热器的公称长度(c)换热器公称直径(d)管程压力为1000Kg/m2 、填空题 1、管壳式换热器的主要元件有 2、按压力容器在生产工艺过程中的作用原理,可以将压力容器分 为 3、压力容器按监察要求可分为: 是非题 1、管程数是指换热管的根数,一般为奇数。() 2、法兰的公称直径是指法兰的外径。() 3、换热器选型时首先要考虑的因素是安全性 四、问答题 2、换热器的强度、刚度和稳定性计算包括哪些内容?器? 1.管壳式换热器根据其结构的不同,可以分为哪几类换 答案 、选择题:1B;2A、B 填空题: 1、壳体、管箱、管板、管束、折流板与支持板、接口管、支座等 2、反应压力容器、换热压力容、分离压力容、储存压力容器 3、I、II、III类压力容器 三、是非题:1错;2错;3对。 四、问答题: Ⅰ、固定管板式换热器,浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器等 2、(1)壳体直径的确定和壳体壁厚的计算 (2)换热器封头、容器法兰的选择 (3)管板尺寸的确定 (4)管子拉脱力的计算 (5)折流板的选择与计算 (5)温差应力的计算 (⑦)接管、接管法兰及开孔补强的计算等
化工设备机械基础（设备部分）教案 - 6 - （a）内径 (b) 外径 (c)中径 (d) 介于内径和外径中间的某一值 4、下列哪一种换热器在温差较大时可能需要设置温差补偿装置？（ ） (a)填料函式换热器 (b)U 形管式换热器 (c)浮头式换热器 （d）固定管板式换热器 5、管壳式换热器属于下列哪种类型的换热器？（ ） （a）混合式换热器 (b)间壁式换热器 (c)蓄热式换热器 (d)板面式换热器 6、U 形管换热器的公称长度是指：（ ） (a) U 形管的抻开长度 (b)U 形管的直管段长度 (c)壳体的长度 (d)换热器的总长度 7、请根据给定条件，选择一种形式的换热器。高温高压介质且温差较大，壳程介质为有毒的易挥发性 物质，对壳程需要进行清洗。（ ） (a) 固定管板式换热器 (b) 填料函式换热器 (c)U 形管式换热器 (d)浮头式换热器 8、有某型号为： 4I 25 9 200 1.6 2.5 BEM1000 − − − − 的换热器，其中的 1000 为（ ） （a）公称换热面积 (b)换热器的公称长度 (c)换热器公称直径 (d) 管程压力为 1000Kg/m2 二、填空题 1、管壳式换热器的主要元件有： 、 、 、 、 等。 2 、 按 压 力 容 器 在 生 产 工 艺 过 程 中 的 作 用 原 理 , 可 以 将 压 力 容 器 分 为： 、 、 、 。 3、压力容器按监察要求可分为： 、 和 。 三、是非题 1、管程数是指换热管的根数，一般为奇数。（ ） 2、法兰的公称直径是指法兰的外径。（ ） 3、换热器选型时首先要考虑的因素是安全性。（ ） 四、问答题 1．管壳式换热器根据其结构的不同，可以分为哪几类换热器？ 2、换热器的强度、刚度和稳定性计算包括哪些内容？ 答案： 一、选择题：1B ；2A、B ；3A ；4D ；5B ；6B ；7D ；8C 。 二、填空题： 1、壳体、管箱、管板、管束、折流板与支持板、接口管、支座等 2、反应压力容器、换热压力容、分离压力容、储存压力容器 3、I、II、III 类压力容器 三、是非题：1 错 ；2 错 ；3 对。 四、问答题： 1、固定管板式换热器，浮头式换热器、U 形管式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器等。 2、(1）壳体直径的确定和壳体壁厚的计算 (2）换热器封头、容器法兰的选择 (3）管板尺寸的确定 (4）管子拉脱力的计算 (5)折流板的选择与计算 (5)温差应力的计算 (7)接管、接管法兰及开孔补强的计算等
化工设备机械基础(设备部分)教案 第四章管壳式换热器结构设计 第一节管板 管板的作用及重要性 作用:1.排布换热管 2.与管箱隔板配合分隔管程空间 3.与壳程隔板配合分隔壳程空间 4.避免冷热流体混合 重要性:其重量在整台换热器重量中占有较大比例,也是换热器最重要的部件之一。 因此,管板的强度计算及结构设计相当重要,其准确性与否及是否合理直接 影响整台换热器的安全、成本及产品质量 、管板的形式 管板有四种常见的结构形式,即平管板、薄管板、椭圆形管板及双管板。 1、平管板 平管板是最常见的一种管板形式,有兼作法兰和不兼作法兰两种。一般由普通碳钢板、不锈钢板制造, 当介质具有腐蚀性时可用复合钢板制造。(以较薄的复合层抵抗腐蚀,一般为不锈钢、Ni、Ti等;以较 厚的普通钢板承受介质压力) 复合钢板制造方法:轧制复合钢板法、堆焊法、塞焊法、焊管复合法等。(均简要讲解) 2、薄管板 由于机械应力与温差应力相互矛盾,因此希望在满足强度条件下管板越薄越好(温差应力小)。德国 AD规范按固定支撑假设认为换热管为纲性支撑,计算得到的板厚较薄,一般小于15mm.其主要载荷由 管壁和壳壁温差决定。 3、椭圆形管板 结构:类似于椭圆形封头,即半个椭球壳,而不是椭圆形平板。是在薄管板基础上研发 的新型管板。单各换热管长短不一,设计、制造上要复杂于平管板。一般用于高 温差情况。 优点:受力比平板好许多,因此可做得很薄,利于降低温差应力。 4、双管板 应用于工艺条件要求绝对不允许冷热流体互相接触,普通管板难以满足这一条件的场合。(即便管 子与壳程连接处泄漏,壳程介质不会污染管程介质) 双管板保持合适间距的原因:双管板孔错位及双管板温差均会在管束上引起弯曲应力和剪切应力, 通过设置一定的间距,可使弯曲应力和剪切应力限定在许可范围之内。(要求理解间距公式各符号含义) 总结:现设计中一般采用平管板,椭圆形管板(包括蝶形管板)双管板应用于有特殊要 求的场合,而薄管板我国一般不采用。(按GB151-98设计) 三、管板的结构 管板的结构包括:管板上开孔的位置、分程隔板槽的位置、密封面的设计等 1、开孔位置 开孔种类:换热管孔、拉杆孔、螺栓孔(兼作法兰) Ⅰ换热管孔布置 常见的四种排列方式:三角形排列、转角三角形排列、正方形排列、转角正方形排列 中心距要求:为保证胀管时管板的刚度且便于管子与管板的焊接,同时便于清洁管程空间,要求两管中 距应大于等于1.25倍的换热管外径。(说明:表4-1为推荐中心距,实际设计可取S大于表中推荐值。 而管孔直径按表4-4~4-9查取。其偏差级别不允许超过表中规定)
化工设备机械基础（设备部分）教案 - 7 - 第四章 管壳式换热器结构设计 第一节 管板 一、管板的作用及重要性 作 用：1．排布换热管 2. 与管箱隔板配合分隔管程空间 3. 与壳程隔板配合分隔壳程空间 4. 避免冷热流体混合 重要性：其重量在整台换热器重量中占有较大比例，也是换热器最重要的部件之一。 因此，管板的强度计算及结构设计相当重要，其准确性与否及是否合理直接 影响整台换热器的安全、成本及产品质量。 二、管板的形式 管板有四种常见的结构形式，即平管板、薄管板、椭圆形管板及双管板。 1、 平管板 平管板是最常见的一种管板形式，有兼作法兰和不兼作法兰两种。一般由普通碳钢板、不锈钢板制造， 当介质具有腐蚀性时可用复合钢板制造。（以较薄的复合层抵抗腐蚀，一般为不锈钢、Ni、Ti 等；以较 厚的普通钢板承受介质压力） 复合钢板制造方法：轧制复合钢板法、堆焊法、塞焊法、焊管复合法等。（均简要讲解） 2、薄管板 由于机械应力与温差应力相互矛盾，因此希望在满足强度条件下管板越薄越好（温差应力小）。德国 AD 规范按固定支撑假设认为换热管为纲性支撑，计算得到的板厚较薄，一般小于 15mm. 其主要载荷由 管壁和壳壁温差决定。 3、椭圆形管板 结构：类似于椭圆形封头，即半个椭球壳，而不是椭圆形平板。是在薄管板基础上研发 的新型管板。单各换热管长短不一，设计、制造上要复杂于平管板。一般用于高 温差情况。 优点：受力比平板好许多，因此可做得很薄，利于降低温差应力。 4、双管板 应用于工艺条件要求绝对不允许冷热流体互相接触，普通管板难以满足这一条件的场合。（即便管 子与壳程连接处泄漏，壳程介质不会污染管程介质） 双管板保持合适间距的原因：双管板孔错位及双管板温差均会在管束上引起弯曲应力和剪切应力， 通过设置一定的间距，可使弯曲应力和剪切应力限定在许可范围之内。（要求理解间距公式各符号含义） 总结：现设计中一般采用平管板，椭圆形管板（包括蝶形管板）双管板应用于有特殊要 求的场合，而薄管板我国一般不采用。（按 GB151-98 设计） 三、管板的结构 管板的结构包括：管板上开孔的位置、分程隔板槽的位置、密封面的设计等。 1、开孔位置 开孔种类：换热管孔、拉杆孔、螺栓孔（兼作法兰） Ⅰ 换热管孔布置： 常见的四种排列方式：三角形排列、转角三角形排列、正方形排列、转角正方形排列。 中心距要求：为保证胀管时管板的刚度且便于管子与管板的焊接，同时便于清洁管程空间，要求两管中 心距应大于等于 1.25 倍的换热管外径。（说明：表 4-1 为推荐中心距，实际设计可取 S 大于表中推荐值。 而管孔直径按表 4-4～4-9 查取。其偏差级别不允许超过表中规定）
化工设备机械基础(设备部分)教案 布管范围:应排布在布管限定园内,即最外层换热管表面至管板中心距不得超过布管限定园半径。(按 图4-10介绍式4-3、4-4的意义,强调换热管外表面在Di范围内) Ⅱ拉杆孔的布置:拉杆孔位置根据拉杄位置确定,一般应均匀布置于管束的外边缘。拉杆与管板 焊接时,拉杄孔深等于孔直径:螺纹连接时,螺纹深度为螺纹孔直径的1.5倍。 Ⅲ螺栓孔的布置:管板上开螺栓孔的位置、数量、直径应与相连接的法兰上开的螺栓孔一致 2、分程隔板植的布置 管程:分程数量为偶数,分程时应注意使各管程的换热管数大致相等,隔板槽形状简单、密封 面长度较短,程数不宜过多。分程隔板槽根据分程布置图设置,隔板槽密封面应与管板外边缘密封面处 在同一水平高度上,槽宽一般比与其相联接的隔板厚度大2m。(按图4-13简单介绍4-6管程流体走向) 壳程:壳程分程不常见,多用折流板起分程隔板作用。 3.密封面的设计:管板密封面的形式应与之相配合的法兰密封面相配,其常设计为带有凸肩的结构 以减少密封面的加工面积,节省工时。 四、管板与壳体、管箱的连接(按图416、417介绍各种结构) 焊接结构:兼作法兰和不兼作法兰两种 2.不兼作法兰:安图4-16介绍各种连接结构,注意焊接开坡口 3.兼作法兰:筒体与管板的端面(凹槽或凸台)进行焊接。如图417所示。注意焊接开坡口和边缘应 4.法兰连接结枃:固定管板式换热器中,兼作法兰的管板与管箱的连接基本采用法兰连接。如图4-18 所示。而U形管式、浮头式、填料函式换热器的管束通常为可拆结构,故管板与壳体、管箱一般采用法 兰连接。如图4-19所示。 第二节管束 一、管子的排列 换热管常用的四种排列方式前面已提到。对于U形管存在最小弯曲半径问题,一般Rmn不小于2do, 般采用对称于分程隔板布置,但有时为了增加布管数U形管与分程隔板成一定的倾斜角度,如图4-20 所示布置。换热管层数过多会影响直管段的长度。(根据图4-20具体讲述) 管子的长度 长度越长,单位传热面积材料消耗量越低,制造成本也就越低,同时因流通截面减少而提高流速, K值增大。但其长度受到管程清洗、运输、拆装、管程压降及支座等因素的影响 般长度限制在6m一下,以2.5m-4m最为常见。(针对各条讲述管长过大的弊端,尤其是对可拆结构 需有足够大的空间) 二、管束安装转角 当壳程为气体冷凝时,为减少液膜在列管上的包角及液膜厚度,管束装配时应偏转一定角度,因液 膜包盖换热管,降低传热效果。注意管板上排液、排气孔的位置。 三、管子与管板的连接(重点) 换热管与管板的连接必须考虑强度和密封性两方面的要求。常用的连接方法有三种:胀接、焊接、 胀焊并用 胀接 i适用范围(各国要求不同,我国以GB151为准) GB151-199中规定强度胀接的应用范围为:设计压力小于等于AMPa:设计温度小于等于300℃:操 作中无剧烈振动,无过大温度变化及明显的应力腐蚀。 胀接方法 常用方法为杋械滚胀法,此外还有爆破胀接发、液压胀管法、液袋胀管法等。(讲解机械滚胀法
化工设备机械基础（设备部分）教案 - 8 - 布管范围：应排布在布管限定园内，即最外层换热管表面至管板中心距不得超过布管限定园半径。（按 图 4-10 介绍式 4-3、4-4 的意义，强调换热管外表面在 Di 范围内） Ⅱ 拉杆孔的布置：拉杆孔位置根据拉杆位置确定，一般应均匀布置于管束的外边缘。 拉杆与管板 焊接时，拉杆孔深等于孔直径；螺纹连接时，螺纹深度为螺纹孔直径的 1.5 倍。 Ⅲ 螺栓孔的布置：管板上开螺栓孔的位置、数量、直径应与相连接的法兰上开的螺栓孔一致。 2、分程隔板槽的布置 管程：分程数量为偶数，分程时应注意使各管程的换热管数大致相等，隔板槽形状简单、 密封 面长度较短，程数不宜过多。分程隔板槽根据分程布置图设置，隔板槽密封面应与管板外边缘密封面处 在同一水平高度上，槽宽一般比与其相联接的隔板厚度大 2mm。（按图 4-13 简单介绍 4-6 管程流体走向） 壳程：壳程分程不常见，多用折流板起分程隔板作用。 3．密封面的设计：管板密封面的形式应与之相配合的法兰密封面相配，其常设计为带有凸肩的结构， 以减少密封面的加工面积，节省工时。 四、管板与壳体、管箱的连接（按图 4-16、4-17 介绍各种结构） 1．焊接结构：兼作法兰和不兼作法兰两种 2．不兼作法兰：安图 4-16 介绍各种连接结构，注意焊接开坡口。 3．兼作法兰：筒体与管板的端面（凹槽或凸台）进行焊接。如图 4-17 所示。注意焊接开坡口和边缘应 力） 4．法兰连接结构：固定管板式换热器中，兼作法兰的管板与管箱的连接基本采用法兰连接。如图 4-18 所示。而 U 形管式、浮头式、填料函式换热器的管束通常为可拆结构，故管板与壳体、管箱一般采用法 兰连接。如图 4-19 所示。 第二节 管束 一、管子的排列 换热管常用的四种排列方式前面已提到。对于 U 形管存在最小弯曲半径问题，一般 Rmin 不小于 2d0， 一般采用对称于分程隔板布置，但有时为了增加布管数 U 形管与分程隔板成一定的倾斜角度，如图 4-20 所示布置。 换热管层数过多会影响直管段的长度。（根据图 4-20 具体讲述） 管子的长度 长度越长，单位传热面积材料消耗量越低，制造成本也就越低，同时因流通截面减少而提 高流速， K 值增大。但其长度受到管程清洗、运输、拆装、管程压降及支座等因素的影响。 一般长度限制在 6m 一下，以 2.5m~4m 最为常见。（针对各条讲述管长过大的弊端，尤其是对可拆结构 需有足够大的空间） 二、管束安装转角 当壳程为气体冷凝时，为减少液膜在列管上的包角及液膜厚度，管束装配时应偏转一定角度，因液 膜包盖换热管，降低传热效果。注意管板上排液、排气孔的位置。 三、管子与管板的连接（重点） 换热管与管板的连接必须考虑强度和密封性两方面的要求。常用的连接方法有三种：胀接、焊接、 胀焊并用。 1．胀接 ⅰ 适用范围（各国要求不同，我国以 GB151 为准） GB151-1999 中规定强度胀接的应用范围为：设计压力小于等于 4MPa；设计温度小于等于 300℃；操 作中无剧烈振动，无过大温度变化及明显的应力腐蚀。 ⅱ 胀接方法 常用方法为机械滚胀法，此外还有爆破胀接发、液压胀管法、液袋胀管法等。（讲解机械滚胀法
化工设备机械基础(设备部分)教案 强调管子发生塑性变形而管板发生弹性变形,故不能用于高温,其他方法一带而过,用制造方法回应适 用范围) 机被瀼胀法优点:耐反复热循环、抗热冲击及轴向力、更换修补容易、无缝有缝均适用、操作简单 成本低。 机械滚胀法缺点:不易控制胀度:各管胀度不均匀:管板易变形:可胀性差的管子易产生胀接裂纹; 内壁面产生加工硬化 2.焊接 适用范围(按GBl51要求) 范围:不适用于有较大震动及有间隙腐蚀的场合:管间距小无法胀接:热循环剧烈温度高:有特殊 要求和腐蚀危险的地方:维修受限制的地方;要求接头严密不漏的地方:管板过薄无法胀接时 优点:不需开槽加工简便;焊接结构强度高、抗拉能力强:管子管板材料性能要求不高 ⅱ焊接方法 焊接节点形式如图4-27、4-28所示。(我国标准推荐427) 简单介绍其他焊接方法 3.胀焊并用 适用范围 密封性要求高的场合:承受振动或疲劳载荷的场合:有间隙腐蚀的场合:采用复合管板的场合 ⅱ连接方法 强度胀+密封焊:贴胀+强度焊:对密封要求较高时可用强度胀+贴胀+密封焊;强度焊+强度胀+贴胀 连接次序 般先焊后胀(说明原因,先胀后焊将影响焊接质量。要求学生了解原因来记住次序 第三节折流板与支持板 折流板 在壳程设置折流板目的:为了延长壳程介质的流道长度,增加管间流速,增加湍流程度,达到提高 换热器的传热效果的目的。 折流板形式 常见的为弓形和圆盘-圆环形两种,以弓形最为常用,此外还有矩形、螺旋形等。 (1)弓形:分为单弓和多弓,如图433所示。多弓用于壳体直径较大,须减少流体阻力,避免形 成死区的情形。缺口高度为0.2-0.45倍的圆筒内直径,保证流体通过缺口时与横过管束时的流速相近 强调折流板结构设计时应开缺口,以保证气体放空、液体放净) (2)圆盘-圆环形及矩形:用于大直径筒体,减少流体阻力,避免形成死区。如图4-35所示 3)螺旋形:用于壳程流体含有固体颗粒的场合,如图4-37所示。壳程流体在折流板间螺旋形流 动,固体颗粒不易沉淀,利于传热。 2.折流板尺寸 )厚度:其值取决于它所支撑的重量,即与壳体直径和板间距相关。最小厚度由筒体公称直径 和换热管无支撑跨距按表4-13选取。一般不做强度计算,折流板过厚造成总重增加,材料浪费。 (2)管孔:其大小对传热性能、机械性能和加工制造都有影响。管孔大则因间隙大而降低传热效 果,换热管易震动 3)间隙:指折流板外径与壳体内径之间的间隙。间隙小则装配困难,间隙大又影响传热,折流 板自身强度降低,但加工方便,穿管方便。故管孔应综合考虑,GB151给出具体尺寸 缺口高度:0.2-0.45倍的圆筒内直径 (4)间距:折流板间距应根据壳程介质的流量、粘度确定。一般折流板应在换热管的有效长度上
化工设备机械基础（设备部分）教案 - 9 - 强调管子发生塑性变形而管板发生弹性变形，故不能用于高温，其他方法一带而过，用制造方法回应适 用范围） 机械滚胀法优点：耐反复热循环、抗热冲击及轴向力、更换修补容易、无缝有缝均适用、操作简单 成本低。 机械滚胀法缺点：不易控制胀度；各管胀度不均匀；管板易变形；可胀性差的管子易产生胀接裂纹； 内壁面产生加工硬化。 2．焊接 ⅰ 适用范围（按 GB151 要求） 范围：不适用于有较大震动及有间隙腐蚀的场合；管间距小无法胀接；热循环剧烈温度高；有特殊 要求和腐蚀危险的地方；维修受限制的地方；要求接头严密不漏的地方；管板过薄无法胀接时。 优点：不需开槽加工简便；焊接结构强度高、抗拉能力强；管子管板材料性能要求不高。 ⅱ 焊接方法 焊接节点形式如图 4-27、4-28 所示。（我国标准推荐 4-27） 简单介绍其他焊接方法 3．胀焊并用 ⅰ 适用范围 密封性要求高的场合；承受振动或疲劳载荷的场合；有间隙腐蚀的场合；采用复合管板的场合 ⅱ 连接方法 强度胀+密封焊；贴胀+强度焊；对密封要求较高时可用强度胀+贴胀+密封焊；强度焊+强度胀+贴胀 ⅲ 连接次序 一般先焊后胀（说明原因，先胀后焊将影响焊接质量。要求学生了解原因来记住次序） 第三节 折流板与支持板 一、折流板 在壳程设置折流板目的：为了延长壳程介质的流道长度，增加管间流速，增加湍流程度，达到提高 换热器的传热效果的目的。 1． 折流板形式 常见的为弓形和圆盘-圆环形两种，以弓形最为常用，此外还有矩形、螺旋形等。 （1）弓形：分为单弓和多弓，如图 4-33 所示。多弓用于壳体直径较大，须减少流体阻力，避免形 成死区的情形。缺口高度为 0.2-0.45 倍的圆筒内直径，保证流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。 （强调折流板结构设计时应开缺口，以保证气体放空、液体放净） （2）圆盘-圆环形及矩形：用于大直径筒体，减少流体阻力，避免形成死区。如图 4-35 所示。 （3）螺旋形：用于壳程流体含有固体颗粒的场合，如图 4-37 所示。壳程流体在折流板间螺旋形流 动，固体颗粒不易沉淀，利于传热。 2．折流板尺寸 （1）厚度：其值取决于它所支撑的重量，即与壳体直径和板间距相关。最小厚度由筒体公称直径 和换热管无支撑跨距按表 4-13 选取。一般不做强度计算，折流板过厚造成总重增加，材料浪费。 （2）管孔：其大小对传热性能、机械性能和加工制造都有影响。管孔大则因间隙大而降低传热效 果，换热管易震动。 （3）间隙：指折流板外径与壳体内径之间的间隙。间隙小则装配困难，间隙大又影响传热，折流 板自身强度降低，但加工方便，穿管方便。故管孔应综合考虑，GB151 给出具体尺寸。 缺口高度：0.2-0.45 倍的圆筒内直径 （4）间距：折流板间距应根据壳程介质的流量、粘度确定。一般折流板应在换热管的有效长度上
化工设备机械基础(设备部分)教案 等间距布置。间距过大或过小均不好,一般最小不得小于D/5,最大不得大于D 支持板 目的:是支撑(换热管)、防止其产生过大的振动和挠度 支持板的厚度、管孔、外径等尺寸等要求与折流板一致。但对最大无支撑跨距有要求。支持板与折 流板外形一样,支持板也起折流板作用,折流板也起支持板作用只是设置的原始目的不同而已。 三、折流杆 种新型结构,尚在硏发中。与折流板相比阻力降小,无传热死区,换热管不易振动,固定效果好, 加工不易。无成型结构。(按图4-40简单介绍) 第四节冷凝器结构 冷凝器是换热器的一种,但因在传热过程中发生相变,故传热效果与结构有较大的关系,因此单 独介绍一些应注意的地方。 冷凝器介质流程的选择(被冷凝介质一般指水蒸汽、也可为其他可冷凝的气体如冷凝液 氨等) 一般要求冷凝蒸汽走壳程,冷凝介质走管程。这样可提高传热系数。(一般壳程传热系数小与管程 传热系数,让壳程发生相变可大大提高壳程传热系数)在下列特殊情况下可以让蒸汽走管程: 冷凝蒸汽压力高或腐蚀性很强。 因为管子的承压能力强:腐蚀性介质走管程可避免壳程筒体采用耐腐蚀材料,降低冷凝器的成本。 冷凝介质粘度大或流量小 此时让冷凝介质走壳程可提高滞动程度,增大雷诺数以提高传热系数 要求冷凝介质压降小 因对相同介质,通常壳程流阻小于管程流阻,故对冷凝介质压降有特殊要求时可让冷凝介质走壳程 冷凝器形式的确定 立式和卧式放置对一般换热器影响不大,但对冷凝器来讲却不一样。因为如果冷凝液膜在换热管表 面积累变厚,将对传热效果有较大的影响,为防止此种情况故一般采用卧式结构。在下列特殊情况可考 虑采用立式冷凝器。 l、冷凝液需过冷 对被冷凝成液体的介质需进一步降低温度可采用立式。也保证换热器内存在一定的液位 高度,可达到目的 2、普朗特准数P高的介质 即冷凝负荷大时,在厚液膜上形成滞流,有较高的传热系数。 3、冷凝蒸汽走管程 为使冷凝液膜能快速流走而不堆积需采用立式结构 冷凝器设计中的其他问题 l、保证燕汽流速 即防止随蒸汽冷凝,蒸汽量的减少而导致流速降低。目的是为了保证较高的雷诺数且 能排除不凝性气体 2、排除不凝性气体 不凝性气体的存在对传热效果影响很大,故应在上部死角处设置排气口以排除不凝性 气体。 3、减薄冷凝液液膜厚度 减薄冷凝液液膜厚度可改进传热效果。对卧式冷凝器,如前所述可将管束偏转安装。 对立式冷凝器可如图4-41所示设置泄液管罩或当液板 10
化工设备机械基础（设备部分）教案 - 10 - 等间距布置。间距过大或过小均不好，一般最小不得小于 Di/5，最大不得大于 Di 二、支持板 目的：是支撑（换热管）、防止其产生过大的振动和挠度。 支持板的厚度、管孔、外径等尺寸等要求与折流板一致。但对最大无支撑跨距有要求。支持板与折 流板外形一样，支持板也起折流板作用，折流板也起支持板作用只是设置的原始目的不同而已。 三、折流杆 一种新型结构，尚在研发中。与折流板相比阻力降小，无传热死区，换热管不易振动，固定效果好， 加工不易。无成型结构。（按图 4-40 简单介绍） 第四节 冷凝器结构 冷凝器是换热器的一种，但因在传热过程中发生相变，故传热效果与结构有较大的关系，因此单 独介绍一些应注意的地方。 一、冷凝器介质流程的选择（被冷凝介质一般指水蒸汽、也可为其他可冷凝的气体如冷凝液 氨等） 一般要求冷凝蒸汽走壳程，冷凝介质走管程。这样可提高传热系数。（一般壳程传热系数小与管程 传热系数，让壳程发生相变可大大提高壳程传热系数）在下列特殊情况下可以让蒸汽走管程： 冷凝蒸汽压力高或腐蚀性很强。 因为管子的承压能力强；腐蚀性介质走管程可避免壳程筒体采用耐腐蚀材料，降低冷凝器的成本。 冷凝介质粘度大或流量小 此时让冷凝介质走壳程可提高滞动程度，增大雷诺数以提高传热系数。 要求冷凝介质压降小 因对相同介质，通常壳程流阻小于管程流阻，故对冷凝介质压降有特殊要求时可让冷凝介质走壳程。 冷凝器形式的确定 立式和卧式放置对一般换热器影响不大，但对冷凝器来讲却不一样。因为如果冷凝液膜在换热管表 面积累变厚，将对传热效果有较大的影响，为防止此种情况故一般采用卧式结构。在下列特殊情况可考 虑采用立式冷凝器。 1、冷凝液需过冷 对被冷凝成液体的介质需进一步降低温度可采用立式。也保证换热器内存在一定的液位 高度，可达到目的。 2、普朗特准数 Pr高的介质 即冷凝负荷大时，在厚液膜上形成滞流，有较高的传热系数。 3、冷凝蒸汽走管程 为使冷凝液膜能快速流走而不堆积需采用立式结构。 二、冷凝器设计中的其他问题 1、保证蒸汽流速 即防止随蒸汽冷凝，蒸汽量的减少而导致流速降低。目的是为了保证较高的雷诺数且 能排除不凝性气体。 2、排除不凝性气体 不凝性气体的存在对传热效果影响很大，故应在上部死角处设置排气口以排除不凝性 气体。 3、减薄冷凝液液膜厚度 减薄冷凝液液膜厚度可改进传热效果。对卧式冷凝器，如前所述可将管束偏转安装。 对立式冷凝器可如图 4-41 所示设置泄液管罩或当液板