【文章內(nèi)容簡介】 起改變流體流向的作用。管箱的結(jié)構(gòu)形式主要以換熱器是否需要清洗或管束是否需要分程等原因來決定。 管束分程在管內(nèi)流動的流體從管子的一端流到另一端，稱為一個管程。在管殼式換熱器中，最簡單最常用的是單管程的換熱器。如果根據(jù)換熱器工藝設(shè)計要求，需要加大換熱器面積時，可以采用增加管長或者管數(shù)的方法。但前者受到加工，運輸，安裝以及維修等當(dāng)面的限制，故經(jīng)常采用后一種方法。增加管數(shù)可以增加換熱面積，但介質(zhì)在管束中的流速隨著換熱管數(shù)的增多而下降，結(jié)果反而使流體的傳熱系數(shù)降低，故不能僅采用增加換熱管數(shù)的方法來達到提高傳熱系數(shù)的目的。未解決這個問題，使流體在管束中保持較大的流速，可將管束分成若干程數(shù)，使流體一次流過各程管子，以增加流體速度，提高傳熱系數(shù)。管束分程可采用多種不同的組合方式，對于每一程中的管數(shù)應(yīng)大致相等，且程與程之間溫度差不易過大，溫差以不超過20℃左右為宜，否則在管束與管板中將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。 換熱管與管板連接 換熱管與管板連接時管殼式換熱器設(shè)計，制造最關(guān)鍵的技術(shù)之一，是換熱器事故率最多的部位。所以換熱管與管板連接質(zhì)量的好壞，直接影響換熱器的壽命。換熱管與管板的鏈接方法主要有強度脹接，強度焊和脹焊并用。（1） 強度脹接強度脹接是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的脹接。常用的脹接有非均勻脹接和均勻脹接兩大類。 機械滾珠脹接為最早的脹接方法，目前熱在大量使用。他利用滾脹管深入插在管板孔中的管子的端部，旋轉(zhuǎn)脹管器使管子直徑增大并產(chǎn)生塑性變形，而管板只產(chǎn)生彈性變形。取出脹管器后，管板彈性恢復(fù)，使館板與管子間產(chǎn)生一定的擠壓力而貼合在一起，從而達到緊固的密封的目的。 液壓脹接與液袋脹接的基本原理相同，都是利用液體壓力使換熱管產(chǎn)生塑性變形。橡膠脹接是利用機械壓力是特種橡膠長度縮短，直徑變大，從而帶動管熱管擴張達到脹接目的這些脹接方法具有生產(chǎn)率高，勞動強度低，密封性能好等優(yōu)點。；設(shè)計溫度小于等于300℃；操作中無劇烈震動，無過大溫度波動及無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。（2） 強度焊 強度焊是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強度的焊接。由于管孔不需要退火和磨光，因此結(jié)構(gòu)簡單。焊接結(jié)構(gòu)強度高，抗拉脫力強。在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。管子焊接處如有滲漏可以補焊或利用專用工具拆卸后予以更換。 當(dāng)換熱管與管板連接處的焊接之后，管板與管子中存在的殘余熱應(yīng)力與應(yīng)力集中，在運行時可能引起應(yīng)力腐蝕與疲勞。此外，管子與管板孔之間的間隙中存在的不流動的液體與間隙的液體有著濃度上的差別，還容易產(chǎn)生間隙腐蝕。除有較大振動及有間隙腐蝕的場合，只要材料可焊性好，強度焊可用其他任何場合。管子與薄管板的連接應(yīng)采用焊接方法。（3） 脹焊并用 脹接與焊接方法都有各自的優(yōu)點和缺點，在有些情況下，例如高溫，高壓換熱器管子與管板的連接處，在操作中受到反復(fù)熱變形，熱沖擊，腐蝕及介質(zhì)壓力的作用，工作環(huán)境極其苛刻，很容易發(fā)生破壞。無論單獨采用焊接或是脹接都難以解決問題。如果采用脹焊并用的方法，不僅能改善連接處的抗疲勞性能，而且還可消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。因此目前脹接并用方法已得到比較廣泛的應(yīng)用。 脹焊并用的方法，從加工工藝過程來看，主要有強度焊+密封焊，強度焊+貼脹，強度焊+強度脹等幾種形式。這里所說的密封焊是指保證換熱管與管板連接密封性能的焊接，不保證強度；貼脹是指為消除換熱管與管孔間隙并不承擔(dān)拉托力的輕度脹接。如強度脹和密封焊相結(jié)合，則脹接承受拉脫力，焊接保證緊密性。如強度焊與貼脹相結(jié)合，則焊接承受拉脫力，脹接消除管子與管板間的間隙。至于脹焊的先后順序，雖無統(tǒng)一規(guī)定，但一般認(rèn)為以先焊后脹為宜。因為當(dāng)采用脹管器時需用潤滑油，脹后難以洗凈，在焊接時存在于縫隙中的油污在高溫下生成氣體從焊面逸出，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔，嚴(yán)重影響焊縫的質(zhì)量。 脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動或疲勞載荷；有間隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場合。 殼程結(jié)構(gòu) 殼程主要由殼體，折流板或折流桿，支持板，縱向隔板，拉桿，防沖擋板，防短路結(jié)構(gòu)等元件組成 殼體 殼體一般是一個圓筒，在殼壁上焊有接管，供殼程流體進入和排出之用。為防止進口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和振動，在殼程進口接管處常裝有防沖擋板，或稱緩沖板。當(dāng)殼體法蘭采用高頸法蘭或殼程進出口接管直徑較大或采用活動管板時，殼程進出口接管距管板較遠，流體停滯區(qū)過大，靠近兩端管板的傳熱面積利用率很低，為克服這一缺點，可采用導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)。導(dǎo)流筒除可以減小流體停滯區(qū)，改善兩端流體的分布，增加換熱管的有效換熱長度，提高傳熱效率外，還起防沖擋板的作用，保護管束免受沖擊。 折流桿 傳統(tǒng)的裝有折流板的管殼式換熱器存在著影響傳熱的死區(qū)，流體阻力大，且易發(fā)生換熱管振動與破壞。為了解決傳統(tǒng)折流板換熱器中換熱管與折流板的切割破壞和流體誘導(dǎo)振動，并且強化傳熱提高傳熱效率，近年來開發(fā)了一種新型的管束支撐結(jié)構(gòu)—折流桿支撐結(jié)構(gòu)。該支撐結(jié)構(gòu)有折流圈和焊在折流圈上的支承桿所組成。折流圈可有棒材或板材加工而成，支承桿可有圓鋼或扁鋼制成。一半4塊折流圈為一組，也可采用2塊折流圈為一組。支承桿的直徑等于或小于管子之間的間隙。因而能牢固地將換熱管支承住，提高管束的剛性。 折流板 設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時減少結(jié)構(gòu)。在臥式換熱器中，折流板還起支撐管束的作用。當(dāng)工藝上無需折流板要求，而換熱管有比較細長時，以及浮頭式換熱器的浮頭端重量較重時或U形管換熱器的管束較長，則應(yīng)考慮設(shè)置支持板，以起到防止換熱管變形的目的。常用的折流板形式有弓形和圓盤圓環(huán)形兩種，其中弓形折流板有單弓形，雙弓形和三弓形三種，根據(jù)需要也可采用其他形式的折流板與支持板，如堰形折流板。弓形折流板缺口高度應(yīng)使流體通過缺口時與橫向流過管束時的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占殼體內(nèi)直徑的百分比來確定。如單弓形折流板。對于臥式換熱器，殼程為單相清潔液體時，折流板缺口應(yīng)水平上下布置。若氣體中含有少量液體時，則在缺口朝上的折流板最低處開設(shè)通液口，若液體中含有少量氣體，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣口。臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固體顆粒，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口。 折流板一般應(yīng)按等間距布置，管束兩端的折流板應(yīng)盡量靠近殼程進出口接管。折流板最小間距宜不下于內(nèi)直徑的1/5，且不小于50mm；最大間距應(yīng)不大于恰提內(nèi)直徑。折流板上管孔與換熱管之間的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的間隙應(yīng)合乎要求，間隙過大，泄漏嚴(yán)重，對傳熱不利，還易引起振動；間隙過小，安裝困難。 折流板與支持板一般用拉桿和定距管連接在一起，在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞道折流板背后接近殼體處，會有一部分流體停滯起來，形成了對傳熱不利的損失。為了消除這個弊病，宜采用多弓形折流板。如雙弓形折流板，因流體分為兩股流動，在折流板之間的流速相同時，其間距只有單弓形的一半。不僅減少了傳熱損失，而且提高了傳熱效率。 防短路結(jié)構(gòu) 為了防止殼程流體流動在某些區(qū)域發(fā)生短路，降低傳熱效率，需要采用放短路機構(gòu)。常用的放短路結(jié)構(gòu)主要有旁路擋板，擋板。（1） 旁路擋板 為了防止殼程邊緣介質(zhì)短路而降低傳熱效率，需增設(shè)旁路擋板，以迫使殼程流體通過管束與管程流體進行換熱。旁路擋板可用鋼板或扁鋼制成，其厚度一般與折流板相同。旁路擋板嵌入折流板槽內(nèi)，并與折流板焊接，通常當(dāng)殼體公稱直徑DN≤500mm，增設(shè)一對旁路擋板；DN=500mm時，增設(shè)兩對擋板；DN≥1000mm時，增設(shè)三對旁路擋板。（2） 擋管當(dāng)換熱器采用多管程時，為了安排管箱分程隔板，在管中心不排列換熱管，導(dǎo)致管間短路，影響傳熱效率。為此，在換熱器分程隔板槽背面兩管板之間設(shè)置兩端堵死的管子，即擋管。擋管一般與換熱管的規(guī)格相同，可與折流板電焊固定，也可用拉桿代替。擋管每隔34排換熱管設(shè)置一根但不應(yīng)設(shè)置在折流板缺口處。擋管伸出第一塊及最近一塊折流板或支持板的長度應(yīng)不大于50mm。臥式設(shè)備一般采用兩個鞍座。這是因為基礎(chǔ)水平高度有可能不一致，如果使用多個支座，將會造成支座反力分布不均勻，從而引起設(shè)備的局部應(yīng)力增大，因此采用兩個支座。采用雙支座時，一個鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個鞍座為活動支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個螺母，第一個螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個螺母鎖緊。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。支座的安放位置也有一定的標(biāo)準(zhǔn)，一般支座與殼體端面的距離A，L為殼體的長度。由JB/T4712圖四，見表六。表22鞍座尺寸公稱直徑ＤＮ允許載荷Ｑ（ＫＮ）鞍座高度h底板腹板筋板墊板螺栓間距l(xiāng)2　鞍座質(zhì)量（kg）增加１００mm高度增加的質(zhì)量（kg）l1b1　　l3b3　弧長b4e8002202007201501010400120109402606655303857 開孔和開孔補強設(shè)計 由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免的要在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除消弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作到來隱患，因此壓力容器設(shè)計必須充分考慮開孔的補強問題。 補強結(jié)構(gòu) 壓力容器接管補強結(jié)構(gòu)通常采用局部補強結(jié)構(gòu)主要有補強圈補強，厚壁接管補強和整鍛件補強三種形式。（1） 補強圈補強 這是中低壓容器應(yīng)用最多的補強結(jié)構(gòu)，補強圈補強貼焊在殼體與接管連接處。它結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用經(jīng)驗豐富，但補強圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱結(jié)果差，在中溫以上使用時，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補強局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；另外，補強圈去殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。這種補強結(jié)構(gòu)一般使用在靜載，常溫，中低壓，材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度低于540MPa，殼體名義厚度不大于38mm的場合。（2） 厚壁接管補強 即在開孔處焊上一段厚壁接管。由于接管的加厚部分正處于最大應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，故比補強圈更能有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)。接管補強結(jié)構(gòu)簡單，焊縫少，焊接質(zhì)量容易檢查，因此補強效果較好。高強度低合金鋼制壓力容器由于材料缺口敏感性較高，一般都采用該結(jié)構(gòu)，但必須保證焊縫全熔透。（3） 整鍛件補強 該補強結(jié)構(gòu)是將接管和部分殼體連同補強部分金屬集中開孔應(yīng)力最大部位，能有效地降低應(yīng)力集中系數(shù)；可采用對焊焊縫，并使焊縫極其熱影響區(qū)離開最大應(yīng)力點