管壳式换热器工业设计.pptx
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1、 在石油化工生产过程中常常需要对物流进行加热或冷却操作,即热量的传递。导热、对流和辐射是传热的三种基本方式,传热过程通常是两种或三种基本方式的组合。在各种换热器中,由于管壳式换热器单位体积内能提供较大的传热面积,工作可靠、传热效果比较好、适应性较强,因此是生产应用最广泛的换热设备。管壳式换热器是最常见的换热设备。管壳式换热器通常有固定管板、U形管、浮头式三种形式。1.管壳式换热器概述1.1 固定管板换热器l主要组成:壳体、管板、管束、管箱(又称封头)l在圆形外壳内,装入平行管束,管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上,两块管板与外壳直接焊接,装有进口或出口管的管箱用螺栓与外壳两端法兰相连。l特
2、点:结构简单,没有壳侧密封连接,相同的壳体内径排管最多,在有折流板的流动中旁路最小,在各种管壳式换热器中它的管板最薄,造价最低。l缺点:壳程清洗困难,有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大,或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大,热应力超过材料的许用应力时,在壳体上需设膨胀节,由于膨胀节强度的限制,壳程压力不能太高。适用场合:这种换热器适用于两种介质温差不大,或温差较大但壳程压力不高,及壳程介质清洁,不易结垢的场合。1.2 U形管换热器l主要组成:壳体、管板、U形管束、管箱(又称封头)l由管箱、壳体及管束等主要部件组成,因其换热管成U形而得名。U 形管式换热器仅有一个管板,管子两端均固定于同
3、一管板上。l特点:管束可以自由伸缩,不会因管壳之间的温差而产生热应力,热补偿性能好;管程为双管程,流程较长,流速较高,传热性能较好;承压能力强;管束可从壳体内抽出,便于检修和清洗,且结构简单,造价便宜。l缺点:管内清洗不便,管束中间部分的管子难以更换,又因最内层管子弯曲半径不能太小,在管板中心部分布管不紧凑,所以管子数不能太多,且管束中心部分存在间隙,使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外,为了弥补弯管后管壁的减薄,直管部分需用壁较厚的管子。适用场合:仅宜用于管壳壁温相差较大,或壳程介质易结垢而管程介质清洁及不易结垢,高温、高压、腐蚀性强的情形。1.3 浮头式换热器l主要组成:壳体、管束、固定
4、管板、浮头管板、钩圈、浮头盖、管箱等l特点:管束可以抽出,以方便清洗管、壳程;介质间温差不受限制;可在高温、高压下工作,一般温度小于等于450,压力小于等于6.4MPa;浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况,在安装时要特别注意其密封。(钩圈一般都为对开式结构,要求密封可靠,结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。)l缺点:(1)小浮头易发生内漏;(2)金属材料耗量大;(3)结构复杂,成本最高.适用场合:适用面广泛,管内外均可承受高温高压,常用于管壳壁温相差较大、管内外都需要清洗的情形。目录管壳式换热器概述管壳式换热器工艺选型设计影响管壳式换热效果的因素1232.1 设计考虑的因素 设备结构的选择 管
5、壳程流动的确定换热终温的确定流速的选择允许压力降的选择 换热设备的类型很多,对每种特定的传热工况,通过优化选型都会得到一种最合适的设备型号。如果将这个型号的设备使用到其他工况,则传热效果可能有很大的改变。因此,针对具体工况选择换热器类型,是很重要和复杂的工作。对于管壳式换热器,有以下因素值得考虑。2.1.1 设备结构的选择 对于一定的工艺条件(造价、清洗、维护等),首先应确定设备的形式,如选择固定管板、U形管或浮头式。当形式确定后,需要确定换热设备的具体结构。管子类型:光 管 适用于任何条件.螺纹管适用于管外膜传热系数相当于管内膜传热系数1/3-3/5.波纹管适用于管内膜传热系数低于管外膜传热
6、系数 3/5以下,Re低的 场合.管子排列方式:30、(60)、(90)、45(布管多17%;易清洗)管长及管径:国家标准中管长有1.5m,2m,3m,4.5m,6m和9m六种,其中 以3m和6m 更为普遍(壳径较大的换热器采用较长的管子更为经 济)。碳钢:25*2.5 不锈钢:19*2.0、25*2.0壳径:325-1800mm 2.1.2 管壳程流动的确定 主要依据两流体的操作压力和温度、可以利用的压力降、结垢和腐蚀特性,以及所需设备材料的选择等方面,考虑流体适宜走哪一程。下面的因素可供选择时考虑:(1)不清洁或易结垢的流体宜走容易清洗的一侧。对于直管管束,宜走管程;对于U形管管束,宜走壳
7、程。(2)压力高的流体宜走管程,以避免制造较厚的壳体。(3)腐蚀性流体宜走管程,以免壳体和管束同时被腐蚀。(4)两流体温差较大时,对于固定管板式换热器,宜将对流传热系数大的流体走壳程,以减小管壁和壳体的温差,减小热应力。(5)为增大对流传热系数,需要提高流速的流体宜走管程,因管程流通截面积一般比壳程的小,且做成多管程也叫容易。(6)黏度大或者流量较小的流体宜走壳程,因有折流挡板的作用,在低Re下(Re100)即可达到湍流。(7)蒸汽冷凝宜在壳程,以减小排除冷凝液。(8)需要冷却的流体宜选壳程,便于散热,以减少冷却剂用量。但是温度很高的流体,其热能可以利用,宜选管程,以减少热损失。(9)关键压力
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