【正文】 管板厚度與材料強度、介質(zhì)壓力、溫度和壓差、溫差以及管子和外殼的固定方式等因素有關(guān)。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)形式和具體工況來決定管板的厚度。 （ 4） 薄管板 高溫高壓換熱器（通常認為是溫度超過 350℃ ， 壓力超過 100 bar的換熱器）的熱應(yīng)力和機械應(yīng) 力的疊加作用是當(dāng)前的主要矛盾。對于高溫高壓 換熱器的管板，其強度要求與減小熱應(yīng)力的要求 是矛盾的。減小管板厚度能減小管板熱、冷兩側(cè) 的熱應(yīng)力，但會遇到高壓下強度要求的限制。對 于固定管板則必須同時考慮管束與殼體間的溫差 應(yīng)力、管板本身的軸、徑向溫差應(yīng)力以及管板機 械強度要求。為此出現(xiàn)了稱為彈性管板的一些新 型結(jié)構(gòu)的薄管板。其共同特點是都帶有圓弧形、橢圓形、碟形、球形等結(jié)構(gòu)，有利于增加承壓能力，同時可利用其彈性變形來部分吸收熱膨脹差值。如圖 －10所示為橢圓形管板。 （續(xù)） 管箱 管箱是管程流體進口均勻分流和出口匯流的空間，在多管程換熱器中，它還起改變流體流向的作用。管箱的結(jié)構(gòu)要有利于承壓介質(zhì)流動均允及拆裝、清洗方便等。管箱有多種形式，最常用的是如圖 － 11所示的平蓋管箱和封頭管箱，前者制造較容易，但承壓能力弱于后者。應(yīng)盡量采用封頭管箱，特別是對于大直徑及較高壓力的換熱器尤其應(yīng)該優(yōu)先考慮使用封頭管箱。圖 — 12為雙層隔板，圖 — 13為管箱隔板與管板之間的連接。 （續(xù)） :殼體的結(jié)構(gòu)形式在換熱器的傳熱計算前就決定了 ,其壁厚是根據(jù)強度理論來計算 ,即 : 式中 : S— 殼體壁厚， mm； P— 設(shè)計壓力， Mpa； [σ ]— 設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力， Mpa； C— 考慮腐蝕等因素的壁厚附加量， mm； φ — 焊縫系數(shù)，按設(shè)計規(guī)定選取。 換熱器殼體的設(shè)計應(yīng)滿足強度、剛度、穩(wěn)定性、密封性、制造、安裝、運輸和維修方便等要求。 換熱器殼體的內(nèi)徑與換熱管束的形式有關(guān)，內(nèi)徑的計算公式如下： Di =s(nc1)+2b 式中 : s— 任兩個換熱管的中心距，一般取 s=（ ～ ） do（ do為管外徑）； nc— 不同排列形式的換熱管數(shù)，例如：正三角形： nc=1,1(n） 。正方形： nc=1,19(n） 殼體的分程主要是使殼程流體的流速增加，強化傳熱。由于采用縱向隔板的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時殼程流速的增加會使壓降提高，因此一般是有條件的使用。 ? ? CPPDiS ??? ??2 （續(xù)） 1）折流板的作用：除加大殼程流體紊流以有利于傳熱外 (如圖 — 14)，還能支撐管束防止振動及彎曲 . 2）折流板的形式：折流板的形式有圓缺型、盤環(huán)型、管孔型等，如圖 —15?！?16?！?17所示。換熱器中一般采用圓缺形折流板和盤環(huán)形折流板 ,圓缺形折流板用的最多 ,其切口往往是垂直方向布置 ,以減小固體微粒和不凝氣體的滯留 . （續(xù)） 3)支承板 :支承板對換熱管束起支承作用。在臥式換熱器中支承板除了支承換熱管束作用外 ,還起折流板的作用，為便于支承管束，防止其下垂和振動，常設(shè)置弓形或半圓形支承板。每個支承板只能支撐半數(shù)管子，故必須交錯排列，并以垂直切口為宜。 、出口接管及防沖導(dǎo)流裝置 在換熱器殼體和管箱上按需要要裝上接管或接口。管、殼程流體的進出口，殼體和管箱底部的排冷凝液管和上部的排汽管、管殼程需要的安全閥、各種儀表和取樣接管等。 一般來說，管程流體的進口接管位置應(yīng)低于出口接管的位置 。殼程流體的進口因垂直于管束，因此在對著進口管處的管束上面應(yīng)設(shè)置防沖板，以防止管束受到橫向的沖刷腐蝕。防沖擋板及導(dǎo)流裝置的結(jié)構(gòu)形式如右圖所示。 換熱器運行中的主要問題 由于列管式換熱器在運行中產(chǎn)生熱應(yīng)力，因此必須考慮換熱器的熱補償。 1）列管式換熱器的熱應(yīng)力 右圖 a所示為固定管板式換熱器 在常溫狀態(tài)下管、殼的自由長度， b為運行 溫度下無約束時管、殼的長度（由于管子的 溫度高于殼體溫度，因此管子的受熱后的長 度 δ t大于殼體的長度 δ s）， c為運行狀態(tài)下 管、殼受約束的長度（由于管子和殼體連在一起，因此盡管管子和殼體所受的溫度不同，但長度相等為 δ ）。分析：運行無約束狀態(tài)下，管子所受到的溫度高于殼體，因此熱脹長度要大于殼體，即 δ t ＞ δ s； 在管子與殼體連在一起時的熱脹長度 δ 則小于 δ t，而大于 δ s， 即 δ ＜ δ t ； δ ＞ δ s。 由此可以看出固定管板式換熱器在運行時，管子是屬于受壓狀態(tài)；而殼體則屬于受拉狀態(tài)。尤其在冷熱流體溫差大于 50℃ 時，管子和殼體所受到很大的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此在結(jié)構(gòu)上必須采取熱補償措施。 2）熱補償措施 換熱器運行中的主要問題 換熱器的熱補償措施有以下幾種：補償節(jié)（一般裝在固定管板式換熱器的殼體上）、 U形管結(jié)構(gòu)、浮頭形結(jié)構(gòu)和撓性管板等。 1)列管式換熱器因殼程流體流動可能引起管束振動或聲振動，管束振動將使管子磨損、疲勞和管子與管板連接處松脫，造成泄漏或結(jié)構(gòu)破壞，聲振動將發(fā)出嚴重噪音。任何振動現(xiàn)象都存在有激振力和彈性結(jié)構(gòu)。當(dāng)激振力作用頻率和彈性結(jié)構(gòu)的固有頻率相耦合發(fā)生共振時，設(shè)備振動現(xiàn)象隨即出現(xiàn)。因此，對于振動現(xiàn)象的分析必須從激振力和彈性結(jié)構(gòu)這兩個方面著手。目前，對于換熱器振動的激振機理主要是卡門渦流脫落理論。 換熱器運行中的主要問題 1） 產(chǎn)生振動的原因 當(dāng)流體繞流管子（圓柱體）時，在其兩側(cè)流體速度發(fā)生變化。如圖 － 4所示，流體從點 A到點 C逐漸加速，動能增加，經(jīng)過 C點（區(qū)段）后，逐漸減速，動能減小。根據(jù)柏努利定律，流體動能與壓力勢能互相轉(zhuǎn)換，因而從點 A到點 C，流體壓力減少，從 C到 B逐漸增大。隨著雷諾數(shù)的增大，管子后部的壓力梯度增大，以致引起附面層分離。當(dāng) Re＞ 40時，繞流尾跡形成一對旋轉(zhuǎn)方向相反的對稱渦流。當(dāng)Re達到 60時 ，這對不穩(wěn)定的對稱渦流破碎，最后形成幾乎穩(wěn)定的非對稱規(guī)整反向的交替旋渦，稱為卡門渦流。如圖 － 5所示。 在換熱器中，當(dāng)殼程流體橫向繞流管子出現(xiàn)卡門渦流時，由于在管子兩側(cè)交替地釋放旋渦，其繞流情況是不一樣的，流動阻力也不同，而且有周期性變化。在某一瞬間，剛釋放完旋渦的一側(cè)圓管面流動阻力較小，繞流改善，流體速度較大，側(cè)面靜壓較低。 換熱器運行中的主要問題 與此同時，正準備釋放渦流的另一側(cè)（即旋渦形成并正在加大的一側(cè)）阻力較大，繞流較差，氣流速度較慢，側(cè)面靜壓較高。因而，在阻力較大一側(cè)產(chǎn)生了垂直于流體流動方向的推力。當(dāng)一側(cè)旋渦釋放后在另一側(cè)產(chǎn)生旋渦，于是又產(chǎn)生相反方向的推力。這一施加于管子上與流動方向垂直且垂直于管子軸線的交替變換方向的橫向推力稱為卡門渦流作用力，此即為激振力。 當(dāng)卡門渦流作用力即激振力的頻率與彈性結(jié)構(gòu)換熱管的固有頻率相偶合時，換熱器就開始震動。 2）防止振動的措施： （ 1）降低殼程流速； （ 2）增加管束管子的固有頻率，有以下幾種方法： — 減小支承板的支承跨距，因為管子固有頻率與跨距平方成反比； — 在管束裝配時使管子處于受拉狀態(tài)； — 在殼體內(nèi)裝上解諧板（即平行與橫流方向的縱向減振板）； — 增加支承板和折流板的厚度等。 換熱器投入使用后，其管子表面將逐漸形成污垢層而大大削弱傳熱，增大熱阻，從而使換熱器達不到使用要求。在換熱器運行中，除根據(jù)污垢種類而采取一定的措施（如加大流速和增大平均溫壓等）外，還應(yīng)定期用機械清除方法清除污垢。 換熱器運行中的主要問題 1）污垢的種類、形成及消除方法 常見的污垢有結(jié)晶型、沉積型、生物型等污垢。根據(jù)不同類型的污垢可以采取不同的處理方法來去除，例如結(jié)晶型污垢一般是不溶于水或難溶于水的碳酸鈣或碳酸鎂等，對于此類污垢，可 對水質(zhì)進行預(yù)處理（軟化處理）或加入化學(xué)物質(zhì)以提高結(jié)晶鹽類在水中的溶解度，可以減輕或消除此類污垢。對于沉積形，一般是壁面上的銹，固體顆粒，以及懸浮的灰粉、未燃盡的碳粒等進入換熱器后，若流體速度減小，或遇死角及轉(zhuǎn)彎，便沉積下來；在流體中，帶負電荷的膠體顆粒常因與傳熱面附近一層溶于水中的帶正電荷的鐵離子相互作用而沉積成垢。這些污垢一般可通過機械過濾、沉淀或化學(xué)凝聚等方法除去。生物型污垢是附著在傳熱面上的藻類、菌類及其剝落物等形成污垢層，不僅阻礙傳熱、而且影響流體的流動，還腐蝕傳熱面。用江、河之水及海水作冷卻介質(zhì)的換熱器常出現(xiàn)這類污垢。可用殺藻劑或在水中加入氯以制止這類污垢。 一般說來，介質(zhì)中含有懸浮物、溶解物及化學(xué)穩(wěn)定性差的物質(zhì)易結(jié)垢；流速低、溫度變化大或介質(zhì)與壁面間溫差大時易結(jié)垢；壁面粗糙或結(jié)構(gòu)上有旁通、死角、短路等使流速不均勻或出現(xiàn)滯流時易結(jié)垢。減小污垢對設(shè)備的影響，除換熱器的設(shè)計合理外，在設(shè)備的操作運行中還應(yīng)控制流速、溫度或溫壓，使之不形成結(jié)垢的條件。 2）污垢熱阻的確定：當(dāng)污垢（結(jié)晶型、沉積型）的厚度與傳熱管壁厚相等時，結(jié)晶型污垢的熱阻是鋼質(zhì)材料熱阻的 40倍；沉積型熱阻是鋼質(zhì)材料熱阻的 400倍。 演講完畢，謝謝觀看！