【正文】 1．選型時要考慮的因素有 ：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。 （重點介紹 DN、 A、 LN、 C的意義） 第四節(jié) 管殼式換熱器的選型 一、選型時要考慮的因素 換熱器的選型，就是根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)特點、使用條件、投資與運(yùn)行費(fèi)用等綜合因素來選擇一種相對合理的換熱器形式。 I級管束是指采用較高級的高級冷撥管的管束； II級管束是指采用普通冷撥管的管 束。 NT、 NS—— 分別為管程數(shù)和殼程數(shù)，單殼程時公標(biāo)記 NT即可。 d—— 換熱管的外直徑（ mm） 。 對于 U形管，一般不包括彎管段的面積。 Ps、 Pt—— 分別表示管程、殼程設(shè)計壓力（ MPa），當(dāng)管程殼程壓力相等時只寫 Pt。（容積式換熱器殼程介質(zhì)一般為水，用于供暖。 ） 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。它把填料函式換熱器中的滑動管箱改進(jìn)為滑動管板，而管箱部分固定。 缺點：密封性能較差，不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒介質(zhì)。管束可抽出，管板不兼作法蘭。 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。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，外層管清洗方便。只能為多管程，管板不能兼作法蘭，一般有管束滑道。 U形管式換熱器 組成：管箱、管板、 U形換熱管、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管等。 優(yōu)點：不會產(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。 結(jié)構(gòu)特點：一端管板與殼體固定，另一端管板（浮動管板）與殼體之間沒有約束，可在殼體內(nèi)自由浮動。 缺點：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)償元件時會產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，即溫差較大時需采用膨脹節(jié)或波紋管等補(bǔ)償元件以減小溫差應(yīng)力。兩端管板均固定，可以是單管程或多管箱， 管束不可拆，管板可延長兼作法蘭。 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。 管箱詳細(xì)結(jié)構(gòu)第四章介紹。 多管程換熱器在后管箱上無物料進(jìn)出口。一般為單殼程 ，最多雙殼程。一般為偶數(shù)，主要有 12等。 殼程 —— 換熱器中的換熱管外及與其相通的空間，稱為殼程。 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。 （ 3）殼體 —— 是指處于前端管箱和后端結(jié)構(gòu)之間、由鋼管或金屬板焊接而構(gòu)成的 筒體。 （ 1）前端管箱 —— 是指有管程入口的那一則的管箱。 （在著重介紹管殼式換熱器后，簡要 介紹其他類型換熱器：混合式；蓄熱式；板式；管翅式；套管式；螺旋管式等） 二、管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu) 管殼式換熱器的主要元件 ：殼體、前后管箱、管板、管束、折流板或支持板、接 管、法蘭、（包括管法蘭與容器法蘭）支座及附件等組成。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。其中間壁式換熱器為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。（簡述標(biāo)準(zhǔn)法蘭選取 :類型、密封面、PN與 DN、允許最高無沖擊工作壓力。 容器的公稱直徑 對于鋼板卷制的筒體和及其封頭 —— 內(nèi)徑 對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。 五、容器零部件的 標(biāo)準(zhǔn)化 所謂標(biāo)準(zhǔn)化 ，就是為了提高產(chǎn)品的設(shè)計制造質(zhì)量及效率、增加互換性、便于維修、降低成本而人為規(guī)定將零部件按參數(shù)等級而系列化的行為。 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。 （ 4）儲存 容器 ：盛裝生產(chǎn)生活用的原料氣體、液體、液化氣體等。 （ 3）分離 容器 ：完成介質(zhì)的壓力平衡和氣體凈化等。 （ 2）換熱 容器 ：完成介質(zhì)的熱量交換。 按設(shè)計壓力高低分類： 內(nèi)壓容器按其設(shè)計壓力高低，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)。 （ 1）外壓容器是指容器外部壓力大于內(nèi)部壓力的情況，特別地，當(dāng)外壓為常 壓時的外壓容器，又稱為真空容器。 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。 6．液面計 ： 用于觀察或監(jiān)控液位的部件（屬安全附件，此外還有安全閥、壓力表等）。 4．支座 ： 是用于支承容器的部件。 2．接管 ： 是介質(zhì)進(jìn)出容器的通道。 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。） 二、化工容器的結(jié)構(gòu) 組成 化工容器一般由 筒體、封頭、支座 （基本件）、 接管、法蘭 （對外連接件）、 人孔、手孔、液面計 （附件）以及一些內(nèi)構(gòu)件等零部件組成。 （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。 2．容器 —— 化工設(shè)備外殼的總稱。） 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)計的相關(guān)知識； 了解管殼式換熱器各元件的強(qiáng)度設(shè)計（掌握筒體及封頭的設(shè)計）； 了解管殼式換熱器中的振動與防振； 了解管殼式換熱器的設(shè)計以、制造、檢驗中的相關(guān)要求。 第一章 概述 第一節(jié) 緒言 一、本課程的任務(wù) 了解壓力容器的基礎(chǔ)知識；掌握壓力容器的一般設(shè)計方法，重點掌握設(shè)計的基本原理與思路。 （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)計方法，包括選擇材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計，受壓元件的強(qiáng)度計算，以及設(shè)計、制造、檢驗中的相關(guān)要求等。 第二節(jié) 化工容器概述 一、壓力容器的 概念 1．化工設(shè)備 —— 工藝過程中靜止設(shè)備的總稱。 3．壓力容器 —— 承受壓力載荷作用的容器。化工容器的特點：為高溫、高壓，介質(zhì)易燃易爆、有毒。 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）。而封頭有橢圓形封頭、半球形封頭、碟形封頭、錐形封頭及平板封頭等。 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）。 5．人 孔、手孔 ： 是為便于制造、檢驗和維護(hù)管理而設(shè)置的部件（屬主要受壓元件）。 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)計壓力高低及安全監(jiān)察要求分。 按承壓性質(zhì)分類：內(nèi)壓容器和外壓容器兩種。 （ 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。如：合成塔、反應(yīng)釜、聚合釜、反應(yīng)器、發(fā)生器等。如：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐等。如：分離器、過濾器、緩沖器、洗滌器、吸收塔等。如：各種貯槽、貯罐、高位槽、槽車等。（展開講述） 四、化工容器機(jī)械設(shè)計的 基本 要求 容器的設(shè)計，包括零部件的機(jī)械設(shè)計，應(yīng)該滿足下面八個方面的基本要求： 強(qiáng)度 —— 元件能抵抗外力破壞的能力； 剛度 —— 構(gòu)件抵抗外力使其不發(fā)生變形的能力； 穩(wěn)定性 —— 容器在外力作用下維持其原有形狀的能力； 耐久性 —— 滿足容器的使用年限的要求； 密封性 —— 保證安全和維持正常的操作條件； 節(jié)省材料和便于加工制造； 方便操作和便于運(yùn)輸； 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)合理。 容器標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)是：公稱壓力 PN、公稱直徑 DN。 法蘭的公稱壓力 —— 為法蘭的標(biāo)準(zhǔn)化而人為等級化了的壓力系列。） 管子的公稱直徑 —— 是指與管子外徑相對應(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。 （ 1）按其用途： 可將換熱器分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器等； （ 2）按其傳熱方式和作用原理： 可分為混合式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器等。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。具有結(jié)構(gòu)簡單牢固、制造簡便、使用材料范圍廣、可靠程度高等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。 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。 （ 2）后端結(jié)構(gòu) —— 是指與前端管箱相應(yīng)的另一則的管箱結(jié)構(gòu)。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。 管程 —— 換熱器中的換熱管內(nèi)及與換熱管相通的空間，稱為管程。 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熱管長度方向往返的次數(shù)。 殼程數(shù) —— 指介質(zhì)在殼程內(nèi)沿殼體軸向往返的次數(shù)。（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。 管殼式換熱器支座 —— 臥式時為鞍式支座，而立式時為耳座（也可為其他類型，但一般不用）。 三、管殼式換熱器的形式 （講述時針對教材中例圖重點講明各種換熱器的特點及其原因） 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。 結(jié)構(gòu)特點：管板與殼體之間采用焊接連接。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，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。 浮頭式換熱器 組成：管箱、管板、換熱管、殼體、 折流板或支撐板、拉桿、定距管、鉤圈、浮頭蓋等。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。 缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，操作時浮頭蓋的密封情況檢查困難。 結(jié)構(gòu)特點：只有一個管板和一個管箱，殼體與換熱管之間不相連，管束能從殼體中抽出 或插入?？傊剌p于固定管板式換熱器。 缺點：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。 結(jié)構(gòu)特點：一側(cè)管箱可以滑動，殼體與滑動管箱之間采用填料密封。 優(yōu)點：填料函結(jié)構(gòu)較浮頭簡單，檢修清洗方便；無溫差應(yīng)力，（具備浮頭式換熱器的優(yōu)點，消除了固 定管板式換熱器的缺點）。 （簡單介紹滑動管板式換熱器，它是填料函式換熱器的變形。另外簡單介紹雙管板結(jié)構(gòu)。類似于現(xiàn)在的容積式換熱器。） 四、管殼式換熱器的型號表示方法 管殼式換熱器型號的組成： CNsNtBdLNAPsPtDNX Y Z ???? X—— 前端管箱形式代號（如表 11所示） Y—— 殼體形式代號（如表 11所示） Z—— 后端結(jié)構(gòu)形式代號（如表 11所示） DN—— 換熱器的公稱直徑（ mm），對卷制圓筒為其內(nèi)直徑，對鋼制圓筒為鋼管的外徑，對釜式重沸器，用分?jǐn)?shù)表示，分子為管箱內(nèi)徑、分母為殼體內(nèi)徑。 A—— 公稱換熱面積（ m2），是經(jīng)圓整后的計算換熱面積，即以換熱管外徑為基準(zhǔn)，扣除伸入管板內(nèi)的換熱管長度后，計算得到的管束外表面積 。 LN—— 換熱器的公稱長度（ m），當(dāng)換熱管為直管時，取直管長度為其公稱長度；為 U形管時，取 U形管直管段長度為換熱器的公稱長度。（強(qiáng)調(diào) d不是換熱管公稱直徑） B—— 當(dāng)換熱管為 Al、 Cu、 Ti 管時分別記為 Al、 Cu、 Ti；當(dāng)換熱管為鋼制管時，不標(biāo)記。 C—— 對于鋼制換熱管， I級管束時為 I， II級管束時為 II。 管殼式換熱器標(biāo)記示例： 按教材 P8簡介。在選型前，必須熟悉各種換熱器的結(jié)構(gòu)特點、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。 2．安全因素 —— 是換熱器選型時最主要因素。（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狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)上較合理。 二、選型的一般原則 溫差不大、殼程介質(zhì)結(jié)垢不嚴(yán)重、殼程能采用化學(xué)清洗時，選用固定管板式換熱器。 要對殼程進(jìn)行機(jī) 械清洗時，可選用管束可可抽出的結(jié)構(gòu)。 殼程介質(zhì)為易燃、易爆、有毒或易揮發(fā)，以及使用壓力、溫度較高時，不宜采用填料函式換熱器。 （講述過程中舉例具體說明） 第五節(jié) 管殼式換熱器的設(shè)計內(nèi)容 管殼式換熱器的設(shè)計包括下面五個方面的內(nèi)容，這五方面相互交叉，不斷調(diào)整。（如管子外徑、長度、筒體外徑等） 二、熱力計算： 計算所需的傳熱面積， 調(diào)整尺寸使結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳熱面積大致等于計算的傳熱面積。（壓力將一般根據(jù)整個工藝流程確定） 四、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計： 殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算。 管板強(qiáng)度計算及尺寸的確定。