【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。固定管板式換熱器的特點(diǎn)是：旁路滲流較??；造價(jià)低；無(wú)內(nèi)漏。在相同的殼體直徑內(nèi)，排管較多，比較緊湊；殼側(cè)層清洗困難，加上膨脹節(jié)的方法不能照到管子的相對(duì)移動(dòng)。比較適合溫差不大或溫差大而殼層壓力不高的場(chǎng)合。固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無(wú)法清洗，管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合。浮頭式換熱器：其兩端管板只有一端與殼體完全固定，另一端課相對(duì)于殼體作某些移動(dòng)，該端稱之為浮頭。此種換熱器的管束不受殼體的約束，殼體與管束之間不會(huì)因?yàn)榕蛎浟康牟煌a(chǎn)生熱應(yīng)力。而且在清洗和檢修時(shí)，僅將管束從殼體中抽出即可。圖12 浮頭式換熱器特點(diǎn)：該種換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，造價(jià)比固定管板式要高出約20％，材料的消耗量較大，浮頭的端蓋在操作中無(wú)法檢查，所以安裝時(shí)要特別注意其密封，以免發(fā)生內(nèi)漏，且管束和殼體間隙較大，設(shè)計(jì)時(shí)避免短路。該種換熱器比較適合管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結(jié)垢的場(chǎng)合。U型管式換熱器僅有一個(gè)管板，管子兩端均固定于同一管板上。圖13 U型管式換熱器這類換熱器的特點(diǎn)是：管束可以自由伸縮，不會(huì)因?yàn)楣軞ぶg的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程為雙管程，流程較長(zhǎng)，流速較高，傳熱性能好；承壓能力強(qiáng)；管束課從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，造價(jià)便宜。但是管內(nèi)清洗不變，管束中間分布的管子難以更換，管板中心部分布管不緊湊，管子數(shù)目不能太多。僅適用于管殼壁溫相差較大，或殼程截止易于結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢，高溫高壓腐蝕性強(qiáng)的情形。填料函式換熱器此類換熱器的管板也僅有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。特點(diǎn)為它的管束也可以自由膨脹，所以管殼間不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，且管程與殼程都能清洗。造價(jià)較低、加工制造簡(jiǎn)便，材料消耗較少。填料密封處于泄露，故殼程壓力不能過(guò)高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場(chǎng)合。綜上可知，換熱器的使用場(chǎng)合、使用目的、換熱介質(zhì)物性等因素的不同, 決定了管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)型式。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)低, 每根換熱管可以單獨(dú)清洗和更換, 在外形尺寸相同的條件下, 與浮頭式和U 形管式換熱器相比, 換熱面積大。由于固定管板式換熱器的殼程清洗困難和適應(yīng)熱膨脹能力差, 決定了固定管板式換熱器適用于換熱介質(zhì)清潔, 殼程壓力不高, 換熱介質(zhì)溫差不大的場(chǎng)合。浮頭式換熱器由于管束的熱膨脹不受殼體的約束, 而且可拆卸抽出管束,檢修更換換熱管、清理管束和殼程污垢方便, 因此, 浮頭式換熱器應(yīng)用最廣泛, 在油田儲(chǔ)運(yùn)集輸系統(tǒng)中, 60% ～70% 的換熱器為浮頭式換熱器。U 形管換熱器具有良好的密封性能, 并具有檢修、清洗方便的特點(diǎn)。對(duì)于換熱器換熱介質(zhì)工作壓力高, 管、殼程介質(zhì)密封要求嚴(yán)的場(chǎng)合, 為確保換熱器管、殼程的密封, 換熱器管束的設(shè)計(jì)一般采用U 形管結(jié)構(gòu)的換熱器。 流徑的選擇 在具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近；在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對(duì)于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量損失；管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。參考標(biāo)準(zhǔn)：不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走便于清洗管子，浮頭式換熱器殼程便于清洗。腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高，宜走管程。飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。 被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強(qiáng)冷卻效果。 需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。粘度大的液體或流量較小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。若兩流體的溫度差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程，因?yàn)楸跍亟咏鼈鳠崮は禂?shù)較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。綜合考慮以上標(biāo)準(zhǔn)，確定半水煤氣應(yīng)走殼程，變換氣走管程。管殼式換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇使用不銹鋼材料。 管程結(jié)構(gòu)換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列，如下圖所示。 (a) 正方形直列（b）正方形錯(cuò)列 (c) 三角形直列 （d）三角形錯(cuò)列 （e）同心圓排列 圖14 換熱管管板上的排列方式正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗。對(duì)于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來(lái)。管板與管子的連接可脹接或焊接。2 殼體直徑的確定與殼體壁厚的計(jì)算 管徑換熱器中最常用的管徑有φ19mm2mm和φ25mm。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。所以，在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用φ19mm2mm直徑的管子更為合理。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應(yīng)常用較大直徑的管子。標(biāo)準(zhǔn)管子的長(zhǎng)度常用的有1500mm，2000mm，2500mm，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m等。換熱器的換熱管長(zhǎng)度與公稱直徑之比一般為4～25,常用的為6～10由于小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較?。煌瑫r(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。所以，在管程半水煤氣結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用φ19mm2mm直徑的管子更為合理。選用Φ192的無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為20號(hào)鋼。強(qiáng)度校核：Pc= , Do=19mm φ= 1(無(wú)縫鋼管） 取腐蝕余量 。 管子數(shù)n 管子排列方式，管間距的確定采用正三角形排列，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表74查得層數(shù)為11層，查表75取管間距a=25 mm. 式中b 正六角形對(duì)角線上的管子數(shù) ，查表74，取b=23l－最外層管子的中心到壁殼邊緣的距離，取l=+10= 查表25，圓整后取殼體內(nèi)徑 由于換熱器的換熱管長(zhǎng)度與公稱直徑之比一般為4～25,常用的為6～10。 故符合范圍 換熱器殼體壁厚計(jì)算及校核 材料選用Q245R鋼板，計(jì)算壁厚為：, 式中:為計(jì)算壓力，取=；。=。[]t =91Mpa（設(shè)殼壁溫度為 400176。C） 將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式，可以得知：查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表411取 ；查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表49得 ++= mm查表413圓整后取 ， 則 而 可見(jiàn)，所以水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠該殼體采用Q245R鋼6mm 厚的鋼板制造。強(qiáng)度校