【正文】 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。 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、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)。 三、是非題 管程數(shù)是指換熱管的根數(shù)，一般為奇數(shù)。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。 支座的計(jì)算。（壓力將一般根據(jù)整個(gè)工藝流程確定） 四、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)： 殼體直徑的確定和殼體壁厚的計(jì)算。 （講述過程中舉例具體說明） 第五節(jié) 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)內(nèi)容 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)包括下面五個(gè)方面的內(nèi)容，這五方面相互交叉，不斷調(diào)整。 要對(duì)殼程進(jìn)行機(jī) 械清洗時(shí)，可選用管束可可抽出的結(jié)構(gòu)。（例溫差應(yīng)力的考慮、密封性的考慮等） 3．能完成工藝要求 —— 有足夠的傳熱面積、介質(zhì)有良好的有利于傳熱的流動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)上較合理。在選型前，必須熟悉各種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作特性，根據(jù)具體條件做出方案，比較各方案做出最優(yōu)的選擇。 C—— 對(duì)于鋼制換熱管， I級(jí)管束時(shí)為 I， II級(jí)管束時(shí)為 II。 LN—— 換熱器的公稱長(zhǎng)度（ m），當(dāng)換熱管為直管時(shí)，取直管長(zhǎng)度為其公稱長(zhǎng)度；為 U形管時(shí)，取 U形管直管段長(zhǎng)度為換熱器的公稱長(zhǎng)度。） 四、管殼式換熱器的型號(hào)表示方法 管殼式換熱器型號(hào)的組成： CNsNtBdLNAPsPtDNX Y Z ???? X—— 前端管箱形式代號(hào)（如表 11所示） Y—— 殼體形式代號(hào)（如表 11所示） Z—— 后端結(jié)構(gòu)形式代號(hào)（如表 11所示） DN—— 換熱器的公稱直徑（ mm），對(duì)卷制圓筒為其內(nèi)直徑，對(duì)鋼制圓筒為鋼管的外徑，對(duì)釜式重沸器，用分?jǐn)?shù)表示，分子為管箱內(nèi)徑、分母為殼體內(nèi)徑。另外簡(jiǎn)單介紹雙管板結(jié)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)：填料函結(jié)構(gòu)較浮頭簡(jiǎn)單，檢修清洗方便；無溫差應(yīng)力，（具備浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，消除了固 定管板式換熱器的缺點(diǎn)）。 缺點(diǎn)：管內(nèi)清洗因管子成 U形而較困難，管束內(nèi)圍換熱管的更換較困難，管束的固有頻率較低易激起振動(dòng)。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：只有一個(gè)管板和一個(gè)管箱，殼體與換熱管之間不相連，管束能從殼體中抽出 或插入。只能為多管程，布管區(qū)域小于固定管板式換熱器，管板不能兼作法蘭，一般有管束滑道。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，在相同管束情況下其殼體內(nèi)徑最小，管程分程較方便。 三、管殼式換熱器的形式 （講述時(shí)針對(duì)教材中例圖重點(diǎn)講明各種換熱器的特點(diǎn)及其原因） 管殼式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為固定管板式換熱器、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。（說明多折流板不表示多殼程，強(qiáng)調(diào)軸向往返次數(shù)） 幾點(diǎn)說明： 不是所有管殼式換熱器都有后端管箱，如 U形管式換熱器則沒有后端 管箱。 管程數(shù)與殼程數(shù) 管程數(shù) —— 指介質(zhì)在換熱管內(nèi)沿?fù)Q熱管長(zhǎng)度方向往返的次數(shù)。換熱管置于由殼體圍成的空間中，兩端與管板相連，管板與殼體及管箱相連，把換熱器分為兩大部分空間，即殼程和管程。 管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu) 一般由前端管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)三部分組成。它按傳熱面形狀可分為管式換熱器、板面式換熱器、擴(kuò)展表面換熱器等。） 管子的公稱直徑 —— 是指與管子外徑相對(duì)應(yīng)的值 . 第三節(jié) 管殼式換熱器的形式和總體結(jié)構(gòu) 一、換熱器的分類 換熱器是用于將高溫流體的熱量向低溫流體傳輸?shù)膫鳠嵩O(shè)備的總稱，它廣泛用于石油、化工、電力、食品等工業(yè)部門，并且占有相當(dāng)重 要的地位。 容器標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)是：公稱壓力 PN、公稱直徑 DN。如：各種貯槽、貯罐、高位槽、槽車等。如：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐等。 （ 2）內(nèi)壓容器是指容器內(nèi)部的壓力大于外部壓力的容器。 三、化工容器的分類 容器的分類方法很多，可以按生產(chǎn)過程中的 作用原理 分，也可以按容器形狀、承壓性質(zhì)、結(jié)構(gòu)材料、設(shè)計(jì)壓力高低及安全監(jiān)察要求分。 3．法蘭 ： 是容器及接管的可拆連接裝置，分為設(shè)備法蘭和管法蘭（屬主要受壓元件）。 1．筒體、封頭 ： 就如同房子四周的墻，它是構(gòu)成容器空間的主要部件（屬主要受壓元件）。 3．壓力容器 —— 承受壓力載荷作用的容器。 （說明： 由于工業(yè)生產(chǎn)中約 10%~40%的設(shè)備為換熱設(shè)備，而換熱設(shè)備中最為常見、普遍的是管殼式換熱器，故在本課程中我們將以管殼式換熱器為例，學(xué)習(xí)壓力容器的具體設(shè)計(jì)方法，包括選擇材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，受壓元件的強(qiáng)度計(jì)算，以及設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)中的相關(guān)要求等。） 二、本課程的要求 通過這門課程的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)們掌握如下的內(nèi)容： 掌握壓力容器的類型與總體結(jié)構(gòu)； 了解管殼式換熱器的形式與 總體結(jié)構(gòu)； 掌握管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)； 了解管殼式換熱器各元件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)（掌握筒體及封頭的設(shè)計(jì)）； 了解管殼式換熱器中的振動(dòng)與防振； 了解管殼式換熱器的設(shè)計(jì)以、制造、檢驗(yàn)中的相關(guān)要求。 （由于化工容器幾乎都承受壓力載荷，通常直接稱其為壓力容器。 殼體按形狀的不同，可以分為圓筒殼體、圓錐殼體、球殼體、橢圓殼體、矩形殼體等等。 4．支座 ： 是用于支承容器的部件。 按材料分類：金屬容器、非金屬容器、復(fù)合材料容器等 . 按容器形狀分類：矩形容器、球形容器、圓筒形容器等。 按設(shè)計(jì)壓力高低分類： 內(nèi)壓容器按其設(shè)計(jì)壓力高低，可分為：低壓容器、中壓容器、高壓容器、超高壓容器 容器分類 設(shè)計(jì)壓力 (Mpa) 低壓容器 中壓容器 高壓容器 超高壓容器 ≤ P＜ ≤ P＜ 10 10≤ P＜ 100 P≥ 100 按照在生產(chǎn)過程中的作用原理分類：反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和儲(chǔ)存容器四種 （ 1）反應(yīng) 容器 ：完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。 （ 3）分離 容器 ：完成介質(zhì)的壓力平衡和氣體凈化等。 按安全監(jiān)察要求分類： 根據(jù)容器承受的壓力、介質(zhì)危害程度、 P*V乘積及生產(chǎn)過程中的重要性，可以分為：一、二、三類容器。 容器的公稱直徑 對(duì)于鋼板卷制的筒體和及其封頭 —— 內(nèi)徑 對(duì)于無縫鋼管制作的筒體及其封頭 —— 外徑 法蘭的公稱直徑 —— 是指與它相配的筒體或管子的公稱直徑。換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。這其中又以管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛，它通過換熱管的管壁進(jìn)行傳熱。 （ 1）前端管箱 —— 是指有管程入口的那一則的管箱。 管程與殼程 分程的目的：提高流速以提高傳熱系數(shù)，但程數(shù)不宜太多。一般為偶數(shù)，主要有 12等。 多管程換熱器在后管箱上無物料進(jìn)出口。 固定管板式換熱器 組成：管箱、管板、換熱管、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管等。 缺點(diǎn)：殼程無法進(jìn)行機(jī)械清洗，殼程檢查困難，殼體與管子之間無溫差補(bǔ)償元件時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，即溫差較大時(shí)需采用膨脹節(jié)或波紋管等補(bǔ)償元件以減小溫差應(yīng)力。 優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力，浮頭可拆分，管束易于抽出或插入，便于檢修和清洗。只能為多管程，管板不能兼作法蘭，一般有管束滑道。 填料函式換熱器 組成：管箱、管板、管束、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管、填料函等。 缺點(diǎn)：密封性能較差，不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒介質(zhì)。 ） 釜式重沸器 它是固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、 U形管式換熱器殼體的變形，主要是將殼程空間加倍增大，結(jié)構(gòu)上留有一定的蒸發(fā)空間。 Ps、 Pt—— 分別表示管程、殼程設(shè)計(jì)壓力（ MPa），當(dāng)管程殼程壓力相等時(shí)只寫 Pt。 d—— 換熱管的外直徑（ mm） 。 I級(jí)管束是指采用較高級(jí)的高級(jí)冷撥管的管束； II級(jí)管束是指采用普通冷撥管的管 束。 1．選型時(shí)要考慮的因素有 ：材料、介質(zhì)、壓力、溫度、溫差、壓降、結(jié)垢情況、檢修清理方法等各種因素。（例能否用 U形管，管、殼程的清洗，是否分程，介質(zhì)的黏度對(duì)流動(dòng)的影響，是否須可拆結(jié)構(gòu)等） 4．利于制造、安裝和維修 —— 制造較簡(jiǎn)單、運(yùn)行性能良好、運(yùn)行費(fèi)用低等。 高溫高壓時(shí)，可選用 U形管式換熱器。 一、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)選擇換熱器的形式，初定出結(jié)構(gòu)尺寸。 換熱器封頭的選擇及厚度計(jì)算。（包括臥式與立式支座計(jì)算） 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。（ ） (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： I42592 0 0 0 0B E M ???? 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。（ ） 法蘭的公稱 直徑是指法蘭的外徑。 四、問答題： 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。 二、管板的形式 管板有四種常見的結(jié)構(gòu)形式，即平管板、薄管板、橢圓形管板及雙管板。（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?。?。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。（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)。 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，要求兩管中心距應(yīng)大于等于 。（按圖 410介紹式 4 44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。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。 3．兼作法蘭 ：筒體與管板的端面（凹槽或凸臺(tái)）進(jìn)行焊接。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。 換熱管層數(shù)過多會(huì)影響直管段的長(zhǎng)度。（針 對(duì)各條講述管長(zhǎng)過大的弊端，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。 1．脹接 ⅰ 適用范圍（各國要求不同，我國以 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℃ ；操作中無劇烈振動(dòng)，無過大溫度變化及明顯的應(yīng)力腐蝕。 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。（我國標(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（說明原因，先脹后焊將影響焊接質(zhì)量。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。 （ 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。一般不做強(qiáng)度計(jì)算，折流板過厚造成 總重增加，材料浪費(fèi)。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。間距過大或過小均不好，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)生過大的振動(dòng)和撓度。 三、 折流 桿 一種新型結(jié)構(gòu)，尚在研發(fā)中。 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。 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)。在下列特殊情況可考慮采用立式冷凝器。 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)。 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。 1．固定端管箱 主要用于固定管板式換熱器及 U形管式換熱器。 （ 1）外填料函浮頭式： 如圖 444所示。在管板上焊一短節(jié)，將填料函設(shè)在殼體法蘭內(nèi)，填料填在短節(jié)和填料函之間，用管箱法蘭兼作填料壓蓋。 按圖 447 所示介紹管箱結(jié)構(gòu) ，如何拆裝 。（強(qiáng)調(diào)：分程隔板端 面屬于密封面，在與管箱整體焊后進(jìn)行精加工） 二、其它結(jié)構(gòu) 1. 拉桿與定距管 安裝拉桿與定距管的目的是為了固定折流板或支持板，使兩板保持一固定的距離。拉桿公稱直徑不得小于 1