【正文】 徑 (d) 外徑對(duì)于用鋼板卷制的圓柱形筒體，其公稱直徑是指：（ ） （a）內(nèi)徑 (b) 外徑 (c)中徑 (d) 介于內(nèi)徑和外徑中間的某一值下列哪一種換熱器在溫差較大時(shí)可能需要設(shè)置溫差補(bǔ)償裝置？（ ） (a)填料函式換熱器 (b)U形管式換熱器 (c)浮頭式換熱器 （d）固定管板式換熱器管殼式換熱器屬于下列哪種類型的換熱器？（ ） （a）混合式換熱器 (b)間壁式換熱器 (c)蓄熱式換熱器 (d)板面式換熱器U形管換熱器的公稱長(zhǎng)度是指：（ ） (a) U形管的抻開(kāi)長(zhǎng)度 (b)U形管的直管段長(zhǎng)度 (c)殼體的長(zhǎng)度 (d)換熱器的總長(zhǎng)度請(qǐng)根據(jù)給定條件，選擇一種形式的換熱器。高溫高壓介質(zhì)且溫差較大，殼程介質(zhì)為有毒的易揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)殼程需要進(jìn)行清洗。（ ） (a) 固定管板式換熱器 (b) 填料函式換熱器 (c)U形管式換熱器 (d)浮頭式換熱器有某型號(hào)為：的換熱器，其中的1000為（ ） （a）公稱換熱面積 (b)換熱器的公稱長(zhǎng)度 (c)換熱器公稱直徑 (d) 管程壓力為1000Kg/m2二、填空題管殼式換熱器的主要元件有： 、 、 、 、 等。按壓力容器在生產(chǎn)工藝過(guò)程中的作用原理,可以將壓力容器分為： 、 、 、 。壓力容器按監(jiān)察要求可分為： 、 和 。三、是非題管程數(shù)是指換熱管的根數(shù)，一般為奇數(shù)。（ ）法蘭的公稱直徑是指法蘭的外徑。（ ）換熱器選型時(shí)首先要考慮的因素是安全性。（ ）四、問(wèn)答題1．管殼式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為哪幾類換熱器？換熱器的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算包括哪些內(nèi)容？答案：一、選擇題：1B ；2A、B ；3A ；4D ；5B ；6B ；7D ；8C 。二、填空題：殼體、管箱、管板、管束、折流板與支持板、接口管、支座等反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容、分離壓力容、儲(chǔ)存壓力容器I、II、III類壓力容器三、是非題：1錯(cuò) ；2錯(cuò) ；3對(duì)。四、問(wèn)答題：固定管板式換熱器，浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式換熱器、釜式重沸器等。(1）殼體直徑的確定和殼體壁厚的計(jì)算 (2）換熱器封頭、容器法蘭的選擇(3）管板尺寸的確定(4）管子拉脫力的計(jì)算(5)折流板的選擇與計(jì)算(5)溫差應(yīng)力的計(jì)算 (7)接管、接管法蘭及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算等。第四章 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一節(jié) 管板一、管板的作用及重要性 作 用：1．排布換熱管　 2. 與管箱隔板配合分隔管程空間 3. 與殼程隔板配合分隔殼程空間 4. 避免冷熱流體混合 重要性：其重量在整臺(tái)換熱器重量中占有較大比例，也是換熱器最重要的部件之一。 因此，管板的強(qiáng)度計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，其準(zhǔn)確性與否及是否合理直接 影響整臺(tái)換熱器的安全、成本及產(chǎn)品質(zhì)量。二、管板的形式管板有四種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，即平管板、薄管板、橢圓形管板及雙管板。 平管板 平管板是最常見(jiàn)的一種管板形式，有兼作法蘭和不兼作法蘭兩種。一般由普通碳鋼板、不銹鋼板制造，當(dāng)介質(zhì)具有腐蝕性時(shí)可用復(fù)合鋼板制造。（以較薄的復(fù)合層抵抗腐蝕，一般為不銹鋼、Ni、Ti等；以較厚的普通鋼板承受介質(zhì)壓力） 復(fù)合鋼板制造方法：軋制復(fù)合鋼板法、堆焊法、塞焊法、焊管復(fù)合法等。（均簡(jiǎn)要講解）薄管板 由于機(jī)械應(yīng)力與溫差應(yīng)力相互矛盾，因此希望在滿足強(qiáng)度條件下管板越薄越好（溫差應(yīng)力?。５聡?guó)AD規(guī)范按固定支撐假設(shè)認(rèn)為換熱管為綱性支撐，計(jì)算得到的板厚較薄，一般小于15mm. 其主要載荷由管壁和殼壁溫差決定。橢圓形管板結(jié)構(gòu)：類似于橢圓形封頭，即半個(gè)橢球殼，而不是橢圓形平板。是在薄管板基礎(chǔ)上研發(fā) 的新型管板。單各換熱管長(zhǎng)短不一，設(shè)計(jì)、制造上要復(fù)雜于平管板。一般用于高 溫差情況。優(yōu)點(diǎn)：受力比平板好許多，因此可做得很薄，利于降低溫差應(yīng)力。雙管板 應(yīng)用于工藝條件要求絕對(duì)不允許冷熱流體互相接觸，普通管板難以滿足這一條件的場(chǎng)合。（即便管子與殼程連接處泄漏，殼程介質(zhì)不會(huì)污染管程介質(zhì)）雙管板保持合適間距的原因：雙管板孔錯(cuò)位及雙管板溫差均會(huì)在管束上引起彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，通過(guò)設(shè)置一定的間距，可使彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力限定在許可范圍之內(nèi)。（要求理解間距公式各符號(hào)含義）總結(jié)：現(xiàn)設(shè)計(jì)中一般采用平管板，橢圓形管板（包括蝶形管板）雙管板應(yīng)用于有特殊要 求的場(chǎng)合，而薄管板我國(guó)一般不采用。（按GB15198設(shè)計(jì)）三、管板的結(jié)構(gòu) 管板的結(jié)構(gòu)包括：管板上開(kāi)孔的位置、分程隔板槽的位置、密封面的設(shè)計(jì)等。開(kāi)孔位置 開(kāi)孔種類：換熱管孔、拉桿孔、螺栓孔（兼作法蘭）Ⅰ 換熱管孔布置：常見(jiàn)的四種排列方式：三角形排列、轉(zhuǎn)角三角形排列、正方形排列、轉(zhuǎn)角正方形排列。中心距要求：為保證脹管時(shí)管板的剛度且便于管子與管板的焊接，同時(shí)便于清潔管程空間。（說(shuō)明：表41為推薦中心距，實(shí)際設(shè)計(jì)可取S大于表中推薦值。而管孔直徑按表44～49查取。其偏差級(jí)別不允許超過(guò)表中規(guī)定）布管范圍：應(yīng)排布在布管限定園內(nèi)，即最外層換熱管表面至管板中心距不得超過(guò)布管限定園半徑。（按圖410介紹式444的意義，強(qiáng)調(diào)換熱管外表面在Di范圍內(nèi)）Ⅱ 拉桿孔的布置：拉桿孔位置根據(jù)拉桿位置確定，一般應(yīng)均勻布置于管束的外邊緣。 拉桿與管板焊接時(shí)，拉桿孔深等于孔直徑；螺紋連接時(shí)。Ⅲ 螺栓孔的布置：管板上開(kāi)螺栓孔的位置、數(shù)量、直徑應(yīng)與相連接的法蘭上開(kāi)的螺栓孔一致。分程隔板槽的布置管程：分程數(shù)量為偶數(shù)，分程時(shí)應(yīng)注意使各管程的換熱管數(shù)大致相等，隔板槽形狀簡(jiǎn)單、 密封面長(zhǎng)度較短，程數(shù)不宜過(guò)多。分程隔板槽根據(jù)分程布置圖設(shè)置，隔板槽密封面應(yīng)與管板外邊緣密封面處在同一水平高度上，槽寬一般比與其相聯(lián)接的隔板厚度大2mm。（按圖413簡(jiǎn)單介紹46管程流體走向）殼程：殼程分程不常見(jiàn)，多用折流板起分程隔板作用。3．密封面的設(shè)計(jì)：管板密封面的形式應(yīng)與之相配合的法蘭密封面相配，其常設(shè)計(jì)為帶有凸肩的結(jié)構(gòu)，以減少密封面的加工面積，節(jié)省工時(shí)。四、管板與殼體、管箱的連接（按圖41417介紹各種結(jié)構(gòu)）1．焊接結(jié)構(gòu)：兼作法蘭和不兼作法蘭兩種2．不兼作法蘭：安圖416介紹各種連接結(jié)構(gòu)，注意焊接開(kāi)坡口。3．兼作法蘭：筒體與管板的端面（凹槽或凸臺(tái)）進(jìn)行焊接。如圖417所示。注意焊接開(kāi)坡口和邊緣應(yīng)力）4．法蘭連接結(jié)構(gòu)：固定管板式換熱器中，兼作法蘭的管板與管箱的連接基本采用法蘭連接。如圖418所示。而U形管式、浮頭式、填料函式換熱器的管束通常為可拆結(jié)構(gòu)，故管板與殼體、管箱一般采用法蘭連接。如圖419所示。第二節(jié) 管束一、管子的排列換熱管常用的四種排列方式前面已提到。對(duì)于U形管存在最小彎曲半徑問(wèn)題，一般Rmin不小于2d0，一般采用對(duì)稱于分程隔板布置，但有時(shí)為了增加布管數(shù)U形管與分程隔板成一定的傾斜角度，如圖420所示布置。 換熱管層數(shù)過(guò)多會(huì)影響直管段的長(zhǎng)度。（根據(jù)圖420具體講述）管子的長(zhǎng)度長(zhǎng)度越長(zhǎng)，單位傳熱面積材料消耗量越低，制造成本也就越低，同時(shí)因流通截面減少而提 高流速，K值增大。但其長(zhǎng)度受到管程清洗、運(yùn)輸、拆裝、管程壓降及支座等因素的影響。一般長(zhǎng)度限制在6m一下，~4m最為常見(jiàn)。（針對(duì)各條講述管長(zhǎng)過(guò)大的弊端，尤其是對(duì)可拆結(jié)構(gòu)需有足夠大的空間）二、管束安裝轉(zhuǎn)角當(dāng)殼程為氣體冷凝時(shí)，為減少液膜在列管上的包角及液膜厚度，管束裝配時(shí)應(yīng)偏轉(zhuǎn)一定角度，因液膜包蓋換熱管，降低傳熱效果。注意管板上排液、排氣孔的位置。三、管子與管板的連接（重點(diǎn)）換熱管與管板的連接必須考慮強(qiáng)度和密封性兩方面的要求。常用的連接方法有三種：脹接、焊接、脹焊并用。1．脹接ⅰ 適用范圍（各國(guó)要求不同，我國(guó)以GB151為準(zhǔn)）GB1511999中規(guī)定強(qiáng)度脹接的應(yīng)用范圍為：設(shè)計(jì)壓力小于等于4MPa；設(shè)計(jì)溫度小于等于300℃；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)，無(wú)過(guò)大溫度變化及明顯的應(yīng)力腐蝕。ⅱ 脹接方法常用方法為機(jī)械滾脹法，此外還有爆破脹接發(fā)、液壓脹管法、液袋脹管法等。（講解機(jī)械滾脹法。強(qiáng)調(diào)管子發(fā)生塑性變形而管板發(fā)生彈性變形，故不能用于高溫，其他方法一帶而過(guò)，用制造方法回應(yīng)適用范圍）機(jī)械滾脹法優(yōu)點(diǎn)：耐反復(fù)熱循環(huán)、抗熱沖擊及軸向力、更換修補(bǔ)容易、無(wú)縫有縫均適用、操作簡(jiǎn)單成本低。機(jī)械滾脹法缺點(diǎn)：不易控制脹度；各管脹度不均勻；管板易變形；可脹性差的管子易產(chǎn)生脹接裂紋；內(nèi)壁面產(chǎn)生加工硬化。2．焊接ⅰ 適用范圍（按GB151要求）范圍：不適用于有較大震動(dòng)及有間隙腐蝕的場(chǎng)合；管間距小無(wú)法脹接；熱循環(huán)劇烈溫度高；有特殊要求和腐蝕危險(xiǎn)的地方；維修受限制的地方；要求接頭嚴(yán)密不漏的地方；管板過(guò)薄無(wú)法脹接時(shí)。優(yōu)點(diǎn)：不需開(kāi)槽加工簡(jiǎn)便；焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗拉能力強(qiáng)；管子管板材料性能要求不高。ⅱ 焊接方法焊接節(jié)點(diǎn)形式如圖42428所示。（我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)推薦427）簡(jiǎn)單介紹其他焊接方法3．脹焊并用ⅰ 適用范圍密封性要求高的場(chǎng)合；承受振動(dòng)或疲勞載荷的場(chǎng)合；有間隙腐蝕的場(chǎng)合；采用復(fù)合管板的場(chǎng)合ⅱ 連接方法強(qiáng)度脹+密封焊；貼脹+強(qiáng)度焊；對(duì)密封要求較高時(shí)可用強(qiáng)度脹+貼脹+密封焊；強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹+貼脹ⅲ 連接次序一般先焊后脹（說(shuō)明原因，先脹后焊將影響焊接質(zhì)量。要求學(xué)生了解原因來(lái)記住次序）第三節(jié) 折流板與支持板一、折流板 在殼程設(shè)置折流板目的：為了延長(zhǎng)殼程介質(zhì)的流道長(zhǎng)度，增加管間流速，增加湍流程度，達(dá)到提高換熱器的傳熱效果的目的。1． 折流板形式常見(jiàn)的為弓形和圓盤(pán)圓環(huán)形兩種，以弓形最為常用，此外還有矩形、螺旋形等。（1）弓形：分為單弓和多弓，如圖433所示。多弓用于殼體直徑較大，須減少流體阻力，避免形成死區(qū)的情形。，保證流體通過(guò)缺口時(shí)與橫過(guò)管束時(shí)的流速相近。（強(qiáng)調(diào)折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)開(kāi)缺口，以保證氣體放空、液體放凈）（2）圓盤(pán)圓環(huán)形及矩形：用于大直徑筒體，減少流體阻力，避免形成死區(qū)。如圖435所示。（3）螺旋形：用于殼程流體含有固體顆粒的場(chǎng)合，如圖437所示。殼程流體在折流板間螺旋形流動(dòng)，固體顆粒不易沉淀，利于傳熱。2．折流板尺寸（1）厚度：其值取決于它所支撐的重量，即與殼體直徑和板間距相關(guān)。最小厚度由筒體公稱直徑和換熱管無(wú)支撐跨距按表413選取。一般不做強(qiáng)度計(jì)算，折流板過(guò)厚造成總重增加，材料浪費(fèi)。（2）管孔：其大小對(duì)傳熱性能、機(jī)械性能和加工制造都有影響。管孔大則因間隙大而降低傳熱效果，換熱管易震動(dòng)。（3）間隙：指折流板外徑與殼體內(nèi)徑之間的間隙。間隙小則裝配困難，間隙大又影響傳熱，折流板自身強(qiáng)度降低，但加工方便，穿管方便。故管孔應(yīng)綜合考慮，GB151給出具體尺寸。缺口高度：（4）間距：折流板間距應(yīng)根據(jù)殼程介質(zhì)的流量、粘度確定。一般折流板應(yīng)在換熱管的有效長(zhǎng)度上等間距布置。間距過(guò)大或過(guò)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：是支撐（換熱管）、防止其產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)和撓度。支持板的厚度、管孔、外徑等尺寸等要求與折流板一致。但對(duì)最大無(wú)支撐跨距有要求。支持板與折流板外形一樣，支持板也起折流板作用，折流板也起支持板作用只是設(shè)置的原始目的不同而已。三、折流桿一種新型結(jié)構(gòu)，尚在研發(fā)中。與折流板相比阻力降小，無(wú)傳熱死區(qū)，換熱管不易振動(dòng)，固定效果好，加工不易。無(wú)成型結(jié)構(gòu)。（按圖440簡(jiǎn)單介紹）第四節(jié) 冷凝器結(jié)構(gòu) 冷凝器是換熱器的一種，但因在傳熱過(guò)程中發(fā)生相變，故傳熱效果與結(jié)構(gòu)有較大的關(guān)系，因此單獨(dú)介紹一些應(yīng)注意的地方。一、冷凝器介質(zhì)流程的選擇（被冷凝介質(zhì)一般指水蒸汽、也可為其他可冷凝的氣體如冷凝液 氨等） 一般要求冷凝蒸汽走殼程，冷凝介質(zhì)走管程。這樣可提高傳熱系數(shù)。（一般殼程傳熱系數(shù)小與管程傳熱系數(shù)，讓殼程發(fā)生相變可大大提高殼程傳熱系數(shù)）在下列特殊情況下可以讓蒸汽走管程：冷凝蒸汽壓力高或腐蝕性很強(qiáng)。因?yàn)楣茏拥某袎耗芰?qiáng)；腐蝕性介質(zhì)走管程可避免殼程筒體采用耐腐蝕材料，降低冷凝器的成本。冷凝介質(zhì)粘度大或流量小 此時(shí)讓冷凝介質(zhì)走殼程可提高滯動(dòng)程度，增大雷諾數(shù)以提高傳熱系數(shù)。要求冷凝介質(zhì)壓降小因?qū)ο嗤橘|(zhì)，通常殼程流阻小于管程流阻，故對(duì)冷凝介質(zhì)壓降有特殊要求時(shí)可讓冷凝介質(zhì)走殼程。冷凝器形式的確定 立式和臥式放置對(duì)一般換熱器影響不大，但對(duì)冷凝器來(lái)講卻不一樣。因?yàn)槿绻淠耗ぴ趽Q熱管表面積累變厚，將對(duì)傳熱效果有較大的影響，為防止此種情況故一般采用臥式結(jié)構(gòu)。在下列特殊情況可考慮采用立式冷凝器。 冷凝液需過(guò)冷 對(duì)被冷凝成液體的介質(zhì)需進(jìn)一步降低溫度可采用立式。也保證換熱器內(nèi)存在一定的液位 高度，可達(dá)到目的。 普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr高的介質(zhì) 即冷凝負(fù)荷大時(shí)，在厚液膜上形成滯流，有較高的傳熱系數(shù)。 冷凝蒸汽走管程 為使冷凝液膜能快速流走而不堆積需采用立式結(jié)構(gòu)。二、冷凝器設(shè)計(jì)中的其他問(wèn)題 保證蒸汽流速 即防止隨蒸汽冷凝，蒸汽量的減少而導(dǎo)致流速降低。目的是為了保證較高的雷諾數(shù)且 能排除不凝性氣體。 排除不凝性氣體 不凝性氣體的存在對(duì)傳熱效果影響很大，故應(yīng)在上部死角處設(shè)置排氣口以排除不凝性 氣體。 減薄冷凝液液膜厚度 減薄冷凝液液膜厚度可改進(jìn)傳熱效果。對(duì)臥式