化工设备机械基础(设备部分)教案 4、冷凝液的排出 一般冷凝液的堆积会降低传热效率并可能会形成腐蚀,应尽快排出,在排除过程中要 注意防止带走蒸汽(图4-42a、b结构)和排净(图4-42c结构) 第五节管箱及其它结构 管箱 管箱按其结构可分为固定端管箱、滑动管箱、浮头管箱 1.固定端管箱 主要用于固定管板式换热器及U形管式换热器。(填料函式、浮头式换热器物料进口也为固定端管箱 组成:容器法兰、圆筒短节、封头、及进出口的接管与法兰组成.有时还设有放空口、放净口、仪表 接口、分程隔板等 安图4-43讲述几种常见固定管箱结构 2.滑动管箱 主要指用于填料函式换热器滑动端的管箱。分为外填料函浮头式、单填料函滑动管板式和双填料 函滑动管板式三种。 (1)外填料函浮头式:如图4-44所示。填料函在管板外,填料箱在壳体法兰内。用于压力小于2.5MPa 的换热器。(整个管箱滑动) 2)单填料函滑动管板式:如图4-45所示。在管板上焊一短节,将填料函设在壳体法兰内,填料填 在短节和填料函之间,用管箱法兰兼作填料压盖。(仅管板滑动) 3)双填料函滑动管板式:如图4-46所示。该结构具有双重填料,内圈填料主要用密封管、壳程的 压差密封,外圈填料主要起保险作用,一旦内圈填料有泄漏,外圈填料则能阻止漏出的介质扩散到空间, 并能由接管收集漏出的介质,一般用于介质为易燃、易爆、有毒性介质等场合。(仅管板滑动) 3.浮头管箱 头管箱指浮头式换热器浮头端管箱。按图4-47所示介绍管箱结构,如何拆装 4.高压管箱 对高压换热器,一般高压介质均走管程,高压管箱既要承受高压,又要防止泄露,选择合理的管箱 构对降低制造成本,便于拆装及安全性等均有重大意义 注意事项:尽量减小管箱内径:尽量用锻件:;尽量少用法兰结构:尽量采用简单结构;选择合理的 物流流向。(与图4-48对应介绍) 5.分程隔板 设计要求:承受脉动流体或隔板两侧压差很大时,隔板的厚度应适当增厚,或改变隔板结构:大直 径换热器隔板设计成双层结构:分程隔板上可设排净孔;厚度大于10mn的分程隔板,密封面处应削边 至10mm。(强调:分程隔板端面属于密封面,在与管箱整体焊后进行精加工) 其它结构 拉杆与定距管 安装拉杆与定距管的目的是为了固定折流板或支持板,使两板保持一固定的距离。 1)拉杆形式 螺纹连接:拉杆与管板采用螺纹连接,折流板靠定距管固定间距,适用于外经大于等于19mm的管束。 焊接连接:拉杆与管板、折流板均采用焊接,适用于外经小于等于14m的管束 (2)拉杆的直径和数量:(由筒体公称直径和换热管直径确定) 由表4-24、4-25选取。拉杆公称直径不得小于10mm,数量不得少于4根。 (3)拉杆的布置与尺寸 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘,以便于较好地固定折流板。对于大直径的换热器,在布管区
化工设备机械基础（设备部分）教案 - 11 - 4、冷凝液的排出 一般冷凝液的堆积会降低传热效率并可能会形成腐蚀，应尽快排出，在排除过程中要 注意防止带走蒸汽（图 4-42 a、b 结构）和排净（图 4-42 c 结构） 第五节 管箱及其它结构 一、管箱 管箱按其结构可分为固定端管箱、滑动管箱、浮头管箱。 1．固定端管箱 主要用于固定管板式换热器及 U 形管式换热器。（填料函式、浮头式换热器物料进口也为固定端管箱） 组成：容器法兰、圆筒短节、封头、及进出口的接管与法兰组成．有时还设有放空口、放净口、仪表 接口、分程隔板等。 安图 4-43 讲述几种常见固定管箱结构 2．滑动管箱 主要指用于填料函式换热器滑动端的管箱。分为外填料函浮头式、单填料函滑动管板式和 双填料 函滑动管板式三种。 （1）外填料函浮头式：如图 4-44 所示。填料函在管板外，填料箱在壳体法兰内。用于压力小于 2.5MPa 的换热器。（整个管箱滑动） （2）单填料函滑动管板式：如图 4-45 所示。在管板上焊一短节，将填料函设在壳体法兰内，填料填 在短节和填料函之间，用管箱法兰兼作填料压盖。（仅管板滑动） （3）双填料函滑动管板式：如图 4-46 所示。该结构具有双重填料，内圈填料主要用密封管、壳程的 压差密封，外圈填料主要起保险作用，一旦内圈填料有泄漏，外圈填料则能阻止漏出的介质扩散到空间， 并能由接管收集漏出的介质，一般用于介质为易燃、易爆、有毒性介质等场合。（仅管板滑动） 3．浮头管箱 浮头管箱指浮头式换热器浮头端管箱。按图 4-47 所示介绍管箱结构，如何拆装。 4．高压管箱 对高压换热器，一般高压介质均走管程，高压管箱既要承受高压，又要防止泄露，选择合理的管箱 结构对降低制造成本，便于拆装及安全性等均有重大意义。 注意事项：尽量减小管箱内径；尽量用锻件；尽量少用法兰结构；尽量采用简单结构；选择合理的 物流流向。（与图 4-48 对应介绍） 5．分程隔板 设计要求：承受脉动流体或隔板两侧压差很大时，隔板的厚度应适当增厚，或改变隔板结构；大直 径换热器隔板设计成双层结构；分程隔板上可设排净孔；厚度大于 10mm 的分程隔板，密封面处应削边 至 10mm。（强调：分程隔板端面属于密封面，在与管箱整体焊后进行精加工） 二、其它结构 1. 拉杆与定距管 安装拉杆与定距管的目的是为了固定折流板或支持板，使两板保持一固定的距离。 （1）拉杆形式： 螺纹连接：拉杆与管板采用螺纹连接，折流板靠定距管固定间距，适用于外经大于等于 19 mm 的管束。 焊接连接：拉杆与管板、折流板均采用焊接，适用于外经小于等于 14 mm 的管束。 （2）拉杆的直径和数量：（由筒体公称直径和换热管直径确定） 由表 4-24、4-25 选取。拉杆公称直径不得小于 10 mm，数量不得少于 4 根。 （3）拉杆的布置与尺寸： 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，以便于较好地固定折流板。对于大直径的换热器，在布管区
化工设备机械基础(设备部分)教案 内或靠近折流板缺口处应布置适量的拉杆,任何折流板应不少于三个支撑点。 2.防冲板和导流筒 (1)设置防冲板的条件 管程轴向接管或管内流速大于3m/s时,管程设置防冲板:壳程进口管流体的pv超过一定值时,在 壳程进口管处设置防冲板或导流筒;对有腐蚀或磨蚀的气体、蒸汽及气液混合物应设置防冲板。 (2)防冲板的设置 防冲板外表面到圆筒内壁的距离,应不小于接管外径的14; 防冲板的直径或边长,应大于接管外径50mm; 防冲板的最小厚度:碳钢45mm,不锈钢3mm: 防冲板可采用三种固定形式:焊在定距管或拉杄上:焊在圆筒上:螺栓固定。以焊在筒体较为常见 简介其常见形状 (3)导流筒的设置: 当壳程进岀口接管距管板较远,流体停滞区过大时,应设置导流筒,以减少流体停滞区,增加换热 管的有效长度。分为内外导流筒两种形式 3.滑道 滑道的结构有滑板、滚轮、滑条等形式。以滑板最为常见,对于可拆管束结构,必须设计滑道以便 管束拆装。简介其结构 4.壳体内径的确定(仅为估算公式,且没考虑分程的影响) 首先根据换热管总数Nt确定换热管束中心管排的管数Nc: 对于正方形排列: 对于正三角形排列: Nc=1.10Nt5 壳体内径Di: Di=s (Nc-1)+do+e Di也可以按下式估算: Di= s(Nc-1)+4do 式中: 换热管中心距,m d-外径,m e壳体内径与管束外径之差,一般在0.025-0.076m。 (简单介绍公式的意义) 第五章管壳式换热器的强度设计 第一节压力容器强度设计的基本概念 、压力P一除注明外,压力均指表压力,单位用Mpa表示 工作压力P一指在正常工作情况下,容器顶部可能达到的最高压力。 设计压力Pd一指设定的容器顶部的最高压力。它与设计温度一起作为设计载荷条件,其值不小于 工作压力。一般在装有安全阀时,P4=(1.05~1.1)P,当无安全阀时,p4=(10~1.05)P 计算压力P一在相应设计温度下,用以确定元件厚度的压力,包括液柱的静压力。当元件所承受
化工设备机械基础（设备部分）教案 - 12 - 内或靠近折流板缺口处应布置适量的拉杆，任何折流板应不少于三个支撑点。 2．防冲板和导流筒 （1）设置防冲板的条件： 管程轴向接管或管内流速大于 3m/s 时，管程设置防冲板；壳程进口管流体的 ρν2 超过一定值时，在 壳程进口管处设置防冲板或导流筒；对有腐蚀或磨蚀的气体、蒸汽及气液混合物应设置防冲板。 （2）防冲板的设置： 防冲板外表面到圆筒内壁的距离，应不小于接管外径的 1/4； 防冲板的直径或边长，应大于接管外径 50 mm； 防冲板的最小厚度：碳钢 4.5 mm，不锈钢 3 mm； 防冲板可采用三种固定形式：焊在定距管或拉杆上；焊在圆筒上；螺栓固定。以焊在筒体较为常见， 简介其常见形状。 （3）导流筒的设置： 当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒，以减少流体停滞区，增加换热 管的有效长度。分为内外导流筒两种形式。 3．滑道 滑道的结构有滑板、滚轮、滑条等形式。以滑板最为常见，对于可拆管束结构，必须设计滑道以便 管束拆装。简介其结构 4．壳体内径的确定（仅为估算公式，且没考虑分程的影响） 首先根据换热管总数 Nt 确定换热管束中心管排的管数 Nc： 对于正方形排列： Nc=1.19Nt0.5 对于正三角形排列： Nc=1.10Nt0.5 壳体内径 Di: Di=s(Nc-1)+d0+e Di 也可以按下式估算： Di= s(Nc-1)+4d0 式中： s-换热管中心距，m d0-外径，m e-壳体内径与管束外径之差，一般在 0.025-0.076m。 （简单介绍公式的意义） 第五章 管壳式换热器的强度设计 第一节 压力容器强度设计的基本概念 一、压力 P——除注明外，压力均指表压力，单位用 Mpa 表示。 工作压力 Pw——指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力。 设计压力 Pd——指设定的容器顶部的最高压力。它与设计温度一起作为设计载荷条件，其值不小于 工作压力。一般在装有安全阀时， pd Pw = (1.05 ~ 1.1) ，当无安全阀时， pd Pw = (1.0 ~ 1.05) 计算压力 Pc——在相应设计温度下，用以确定元件厚度的压力，包括液柱的静压力。当元件所承受
化工设备机械基础(设备部分)教案 的液柱静压力小于5%设计压力时,可以忽略液柱静压力。 试验压力P一进行压力试验时容器顶部的压力 二、温度 金属温度——沿元件金属截面的温度平均值。 设计温度—一容器在正常工作情况下,设定的元件的金属温度。 试验温度一一进行压力试验时,壳体的金属温度 (标志在设备铭牌上的设计温度应是壳体设计温度) 厚度(单位为mm) 计算厚度-—按公式计算得到的厚度 2.设计厚度δ4——计算厚度δ+腐蚀裕量C2,即;δ4=6+C2 3.名义厚度δ——设计厚度δ+钢材厚度负偏差C1+向上圆整至钢材标准规格厚度的差Δ即 6n=4+C1+△=6+C1+C2+△。名义厚度为标注在图样上的厚度。 4.有效厚度δ-6=6n-C1-C2=n-C=6+△ 5.厚度附加量C——钢材厚度负偏差C+腐蚀裕量C2,即:C=C1+C2 6.最小厚度δ 为了满足制造工艺要求以及运输和安装过程中的刚度要求,根据工程实践经验所 规定的不包括腐蚀裕量C2的最小元件厚度值 对于不锈钢容器,取δumn=2mm 对于碳素钢和低合金钢容器 内径Ds300时21000不小手3m 内径D,>3800时根据运输和制造安装条件确定 对于换热设备,其最小厚度mn的规定更为严格,具体规定见Pl18表5-4、5-5 四、耐压试验及气密性试验 耐压试验目的—一检验容器在超设计压力情况下的宏观强度以及焊缝和其它连接部位的致密性 般为液压试验,以水、油等为试验介质,特殊情况下作气压试验,以N2、惰性气体为试验介质 耐压试验试验压力 液压试验:P=125p,o o 2.气压试验:Py=1.15pa(oy 注意:以公式计算的试验压力px是指试验压力的下限值(最低值)。 对于外压或真空容器,压力试验时也用内压进行试验,其试验压力为: 液压试验:p=1.25p
化工设备机械基础（设备部分）教案 - 13 - 的液柱静压力小于 5%设计压力时，可以忽略液柱静压力。 试验压力 PT——进行压力试验时容器顶部的压力。 二、温度 金属温度——沿元件金属截面的温度平均值。 设计温度——容器在正常工作情况下，设定的元件的金属温度。 试验温度——进行压力试验时，壳体的金属温度。 （标志在设备铭牌上的设计温度应是壳体设计温度） 三、厚度（单位为 mm） 1．计算厚度 c ——按公式计算得到的厚度。 2．设计厚度 d ——计算厚度 c +腐蚀裕量 C2，即： d = c + C2 。 3．名义厚度 n——设计厚度 d +钢材厚度负偏差 C1+向上圆整至钢材标准规格厚度的差 ,即： n = d +C1 + = c +C1 +C2 + 。名义厚度为标注在图样上的厚度。 4．有效厚度 e —— e = n −C1 −C2 = n −C = c + 5．厚度附加量 C——钢材厚度负偏差 C1+腐蚀裕量 C2，即： C = C1 +C2 6．最小厚度 min ——为了满足制造工艺要求以及运输和安装过程中的刚度要求，根据工程实践经验所 规定的不包括腐蚀裕量 C2 的最小元件厚度值。 对于不锈钢容器，取 min = 2mm 对于碳素钢和低合金钢容器 = 内径 时 根据运输和制造安装条件确定 内径 时 且不小于 3800 , , 3 1000 2 3800 , min D mm mm mm D D mm i i i 对于换热设备，其最小厚度 min 的规定更为严格，具体规定见 P118 表 5-4、5-5。 四、耐压试验及气密性试验 耐压试验目的——检验容器在超设计压力情况下的宏观强度以及焊缝和其它连接部位的致密性。一 般为液压试验，以水、油等为试验介质，特殊情况下作气压试验，以 N2、惰性气体为试验介质。 耐压试验试验压力 1．液压试验： T d t p p [ ] [ ] 1.25 = 2．气压试验： T d t p p [ ] [ ] 1.15 = 注意：以公式计算的试验压力 T p 是指试验压力的下限值（最低值）。 对于外压或真空容器，压力试验时也用内压进行试验，其试验压力为： 液压试验： pT =1.25p