管壳式换热器培训讲义(15页).doc
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1、-管壳式换热器培训讲义-第 15 页管 壳 式 换 热 器Tubular Hat Echangers一基本知识1 换热器的主要类型2 管壳式换热器的主要结构型式l 固定管板式换热器;l 浮头式换热器;l U 形管式换热器;l 釜式重沸器;l 填料函式换热器。3 固定管板式换热器固定管板换热器的具体结构,见GB151中P5上的图2。1) 固定管板换热器的主要特点:结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题,而且往往是管板兼作法兰。其适用于:l 管、壳程温差较大,但压力不高的场合(因为温差大,要加膨胀节,而膨胀节耐压能力差;l 管、壳程温差不大,而压力较高的场合;l 壳程无法机械清洗,故要求壳程介质干净;
2、或虽会结垢,但通过化学清而能去除的场合;l 布管多,锻件少,一次性投资低;但不可更换管束,整台设备往往由换热管损坏而更换,故设备运行周期短。2) 用压力和温度的限制:由于换热管、管板和壳体焊在一起,故换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其致命的弱点,因为在固定管板换热器的管板温差应力计算中,要进行以下三个方面的校核:(1)按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力c;(2)换热管轴向应力t;(3)换热管与管板之间连接拉脱力q。上述三项中有一项不能满足强度条件时,就需设置膨胀节。根据工程经验,当壳体与换热管金属温差(注意不是介质温差)高于50时一般应设置膨胀节,而GB16749压力容器用波形膨胀
3、节规定最高使用压力为6.4MPa,再高要用带加强装置的型膨胀节。故带膨胀节的固定管板换热器使用压力不高,而且结构设计和制造也趋于复杂。在壁温差很小无需考虑温差应力时,固定管板式换热器也有使用在很高压力的场合,此时往往管板与管箱或管板与壳体做成整体型式,或者管板、管箱(头盖)和壳体三者成为一个整体,如大化肥中的高压甲铵冷凝器的管程压力为15.8MPa ,但一般高压用得比较少,而低压力、大直径固定管板式换热器用得很广泛。4 浮头式换热器浮头换热器的具体结构,见GB151中P5上的图1。1) 浮头换热器的主要特点:l 可抽式管束,当换热管为正方形或转角正方形排列时,管束可抽出进行管间机械清洗,适用于
4、壳程易结焦及堵塞的工况;l 一端管板夹持,一端内浮头型式可自由浮动,故无需考虑温差应力,可用于大温差的场合;l 浮头结构复杂,影响排管数,加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施;l 压力试验时的试压胎具复杂。2) 使用压力和温度的限制浮头换热器用于炼油行业中较多,但内浮头结构限制了使用压力和温度,故一般情况其使用限制为Pmax6.4 MPa; Tmax400(450),当直径大(DN1200mm)、同时又压力较高时,浮头端密封结构的设计和制造尤其是浮头内螺柱热松弛始终是个难题,而对壳程为加热介质时,更为突出。3) 浮头螺柱的安装因操作时无法热紧,要给予特别的注意。5 U形管
5、式换热器U形管换热器是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器,其具体结构见GB151中P6上的图3。U形管换热器的主要特点: l U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力,可用于高温差;l 只有一块管板,加之法兰的数量也少,故结构简单而且泄漏点少;l 可以进行抽芯清洗;l 由于弯管Rmim 的限制,分程间距宽,故比固定管板换热器排管少;l 管程流速太高时,将会对U形弯管段产生严重的冲蚀,影响寿命,尤其对R小的管子;l 换热管泄漏时,除外圈U形管外,不能更换,只能堵管。6 釜式重沸器釜式重沸器的的具体结构,见GB151中P7上的图5。釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束,壳程为单(或双)斜锥具有蒸发空间
6、的壳体,一般为管程介质加热壳程介质,故管程的温度和压力比壳体的高,适用于如下场合:l 管、壳程温差大;l 塔底空间较小;l 汽化率要求高(3080%);l 重沸工艺介质的液相作为产品或分离要求高的场合;l 用作蒸汽发生器,对蒸汽品质要求不高安装空间受限制的场合。7 填料函式换热器填料函换热器是另一种浮头式换热器,具体结构见GB151中P84上的各图。它的浮动端采用填料密封的浮动管板,通过浮动管板的自由滑动,来补偿换热管与壳体间的膨胀差。该结构设备直径不能太大,压力一般不高于2.5 MPa,且不能用于及易挥发、爆炸危险、有毒以及贵重介质。8 介质在壳程的流动路线9 壳程焊后需消除应力热处理(PW
7、HT)的固定管板换热器壳程需要做焊后热处理的固定管板换热器,应先将壳程筒体(连同其上的管口、鞍、支座等等)进行整体焊后热处理,然后在与管板及换热管等组焊完毕后,进行局部热处理。应避免换热器做焊后整体热处理,其原因如下:在热处理加热升温过程中,壳体受热快,管束受热慢。由于温差的作用,壳体的热膨胀要比管束大,因此壳体伸长会受到管束的约束,使管束受到拉应力,壳体受到较大的压应力,严重时,圆筒会鼓起而破坏。而在冷却过程中,其受力情况刚好相反。而精确地控制热处理加热与冷却过程中管束和壳体间的温差应力却是一件很难的事情。10 管程压力大于壳程压力时固定管板换热器压力试验的确定应优先采用以管程水压试验压力作
8、为壳程的水压试验压力、并校核壳程筒体应力水平的方法,对壳程进行压力试验,这样便于更好地检查换热管与管板连接接头的严密性。当该试验压力值大到需要增加壳程筒体厚度,进而造成设备重量显著增加时,才采用以壳程试验压力试压后,再对壳程进行HG205841998附录A压力容器氨渗漏实验方法中的B法做为补充的方法来检验。11 固定管板换热器壳程圆筒的最后一条环向焊缝其焊接接头系数为0.6。该条环向焊接接头无法进行无损检测,一般应采用氩弧焊打底。12 采用衬层结构的限制当设计压力为真空(即0.1MPa)时,平盖不得采用衬层结构,法兰密封面尽量避免采用衬环结构,而最好代之以堆焊结构。13 管壳换热器流体通过管程
9、或壳程的选择 换热时介质应走管程还是壳程,需要考虑多方面因素,总的原则是有利传热、防止腐蚀、减少阻力、不易结垢、便于清扫。具体需考虑如下因素:l 腐蚀性介质走管程,以免使管程和壳程材质都遭到腐蚀;l 有毒介质走管程,这样泄漏的机会就少一些;l 流量小的流体走管程,以便选择理想的流速,流量大的流体宜走壳程;l 高温、高压流体走管程,因管子直径较小可承受较高的压力;l 容易结垢的流体在固定管板式和浮头式换热器中走管程,在U形管式换热器中走壳程,这样便于清洗和除垢。若是在冷却器中,一般是冷却水走管程、被冷却流体走壳程;l 流体的流向对传热也有较大的影响,为充分利用同一介质冷热对流的原理,以提高传热效
10、率和减少动力消耗,无论管程还是壳程,当流体被加热或蒸发时,流向应由下向上;当流体被冷却或冷凝时应由上向下。 二 GB151标准1 GB151 的范围 GB151标准规定了非直接受火管壳式换热器的设计、制造、检验和验收的要求,适用于固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式换热器。 1) 适用的参数为: 公称直径 DN2600mm; 公称压力 PN35MPa; 10 。 超出上述参数范围的换热器也可参照本标准设计与制造。 2) 本标准适用的设计温度范围按金属材料允许的使用温度确定。 3) 不属GB151管辖的换热器:l 直接火焰加热的换热器及废热锅炉; l 受核辐射的换热器; l 要求作疲劳分析的换
11、热器; l 已有其他行业标准管辖的换热器。诸如制冷、制糖、造纸、饮料等行业中的某些 专用换热器。 4) 设计压力低于0.1MPa及真空度低于0.02MPa的换热器,可按JB/T4735及本标准的有 关规定进行设计、制造、检验与验收。 2 总则 换热器的设计、制造、检验和验收除必须符合本标准的规定外,还应遵守GB l50 和国家颁布的有关法令、法规和规章。3 换热器范围 本标准管辖的换热器,其范围是指换热器(管箱、壳体、管束、头盖)及与换热器连 为整体的受压零部件。 1) 接管、人孔、手孔等的承压封头、平盖及其紧固件。 2) 非受压元件与换热器壳体、管箱、头盖内、外表面的焊接接头。接头以外的元件
12、如支座、支耳、垫板等也应符合本标准或相应标准的规定。 3) 热器与外管道连接的方式:l 法兰法兰连接的第一个法兰密封面;l 焊接焊接连接的第一道环向接头坡口端面; l 螺纹螺纹连接的第一个螺纹接头端面。4 换热器的主要组合部件 换热器的主要组合部件有前端管箱、壳体和后端结构(包括管束)三部分。详细分类及代号见下图。 5 换热器的零、部件名称具体见下图与下表。 1平盖, 2平盖管箱(部件),3接管法兰, 4管箱法兰,5固定管板, 6壳体法兰, 7防冲板, 8仪表接口,9补强圈, 10壳体(部件), 11折流板, 12旁路挡板,13拉杆, 14定距管, 15支持板, 16双头螺柱或螺栓,17螺母,
13、 18外头盖垫片, 19外头盖侧法兰, 20外头盖法兰,21吊耳, 22放气口, 23凸形封头, 24浮头法兰,25浮头垫片, 26球冠形封头, 27浮动管板, 28浮头盖(部件) ,29外头盖(部件), 30排液口, 31钩圈, 32接管,33活动鞍座(部件),34换热管, 35挡管, 36管束(部件),37固定鞍座(部件),38滑道, 39管箱垫片, 40管箱圆筒(短节),41封头管箱(部件),42分程隔板, 43耳式支座(部件),44膨胀节(部件),45中间挡板, 46U形换热管, 47内导流筒, 48纵向隔板,49 填料, 50填料函, 51填料压盖, 52浮动管板裙,53剖分剪切环,
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