第六章-换热设备PPT课件.ppt

金涛金涛金涛金涛：19851985年本科、年本科、年本科、年本科、19891989年年年年硕硕硕硕士、士、士、士、20002000年博士、年博士、年博士、年博士、20032003年博年博年博年博士后士后士后士后毕业毕业毕业毕业于浙江大学化工机械于浙江大学化工机械于浙江大学化工机械于浙江大学化工机械专业专业专业专业。研究方向：研究方向：研究方向：研究方向：故障故障故障故障诊诊诊诊断、断、断、断、计计计计算机工程算机工程算机工程算机工程应应应应用（用（用（用（优优优优化化化化设计设计设计设计、仿真、仿真、仿真、仿真、CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM）地点：地点：地点：地点：教四教四教四教四-108-108电话电话电话电话：8795282187952821，1385719258113857192581E-mail:E-mail:任任课课教教师师1.什么是什么是什么是什么是换热设备换热设备换热设备换热设备？作用及作用及作用及作用及应应应应用用用用场场场场合？合？合？合？换热设备换热设备换热设备换热设备的的的的类类类类型？型？型？型？各种各种各种各种换热设备换热设备换热设备换热设备的特点？的特点？的特点？的特点？如何如何如何如何设计设计设计设计及及及及选选选选用？用？用？用？未来未来未来未来发发发发展？展？展？展？提出提出问题问题2.6.1.1 6.1.1 6.1.1 6.1.1 换热设备换热设备的的的的应应用用用用热热量从量从热热流体流体传递传递到到冷流体冷流体的的设备设备称称为换热设备为换热设备广泛广泛应应用于化工、用于化工、炼炼油、油、动动力、食品、力、食品、轻轻工、原工、原子能、制子能、制药药、机械等。、机械等。在化工厂中，在化工厂中，在化工厂中，在化工厂中，换热设备换热设备换热设备换热设备投投投投资资资资占占占占10%-40%10%-40%。6.1概述概述3.按作用原理按作用原理按作用原理按作用原理或或或或传热传热传热传热方式方式方式方式直接接触直接接触直接接触直接接触换热换热换热换热器器器器蓄蓄蓄蓄热热热热式式式式换热换热换热换热器器器器间间间间壁式壁式壁式壁式换热换热换热换热器器器器中中中中间载热间载热间载热间载热体式体式体式体式换热换热换热换热器器器器6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备换热设备换热设备换热设备的分的分的分的分类类类类及特点及特点及特点及特点6.1概述概述4.直接接触直接接触直接接触直接接触换热换热换热换热器器器器传热传热效率高、效率高、单单位容位容积积提供的提供的传传热热面面积积大、大、设备结设备结构构简单简单、价格、价格便宜，但便宜，但仅仅适合工适合工艺艺上允上允许许两种两种流体混合的流体混合的场场合。合。热热热热流体流体流体流体冷流体冷流体冷流体冷流体热热热热流体流体流体流体冷流体冷流体冷流体冷流体6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备换热设备的分的分的分的分类类及特点及特点及特点及特点6.1概述概述又称混合式又称混合式换热换热器，它是利用器，它是利用冷、冷、热热流体直接接触，彼此混流体直接接触，彼此混合合进进行行换热换热的的换热换热器。如冷却器。如冷却塔、气塔、气压压冷凝器等。冷凝器等。5.蓄蓄蓄蓄热热热热式式式式换热换热换热换热器器器器又称回又称回热热式式换热换热器，它是器，它是借助于由固体（如固体填料或借助于由固体（如固体填料或多孔性格子多孔性格子砖砖等）构成的蓄等）构成的蓄热热体与体与热热流体和冷流体交替接触，流体和冷流体交替接触，把把热热量从量从热热流体流体传递给传递给冷流体冷流体的的换热换热器。若两种流体不允器。若两种流体不允许许有混合，有混合，则则不能采用蓄不能采用蓄热热式式换换热热器。器。热热热热流体流体流体流体冷流体冷流体冷流体冷流体热热热热流体流体流体流体冷流体冷流体冷流体冷流体载热载热载热载热体体体体6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备换热设备的分的分的分的分类类及特点及特点及特点及特点6.1概述概述6.间间间间壁式壁式壁式壁式换热换热换热换热器器器器又称表面式又称表面式换热换热器，它是器，它是利用利用间间壁（固体壁面）将壁（固体壁面）将进进行行热热交交换换的冷的冷热热两种流体隔开，两种流体隔开，互不接触，互不接触，热热量由量由热热流体通流体通过过间间壁壁传递给传递给冷流体的冷流体的换热换热器。器。是工是工业业中中应应用最用最为为广泛的广泛的换热换热器。器。热热热热流体流体流体流体冷流体冷流体冷流体冷流体热热热热流体流体流体流体冷流体冷流体冷流体冷流体6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备换热设备的分的分的分的分类类及特点及特点及特点及特点6.1概述概述7.中中中中间载热间载热间载热间载热体式体式体式体式换热换热换热换热器器器器这类换热这类换热器是把两个器是把两个间间壁式壁式换热换热器由在其中循器由在其中循环环的的载热载热体体连连接起来的接起来的换热换热器，器，载热载热体在高温流体体在高温流体换热换热器和低温流体器和低温流体换热换热器之器之间间循循环环，在高温流体，在高温流体换热换热器中器中吸收吸收热热量，在低温流体量，在低温流体换热换热器中把器中把热热量量释释放放给给低温流低温流体，如体，如热热管式管式换热换热器器。6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备换热设备的分的分的分的分类类及特点及特点及特点及特点6.1概述概述8.间间间间壁式壁式壁式壁式换热换热换热换热器器器器管式管式管式管式换热换热换热换热器器器器板面式板面式板面式板面式换热换热换热换热器器器器其他形式其他形式其他形式其他形式换热换热换热换热器器器器蛇管式蛇管式蛇管式蛇管式换热换热换热换热器器器器套管式套管式套管式套管式换热换热换热换热器器器器管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热换热换热器：器：器：器：应应应应用最广用最广用最广用最广缠绕缠绕缠绕缠绕管式管式管式管式换热换热换热换热器器器器沉浸式蛇管沉浸式蛇管沉浸式蛇管沉浸式蛇管换热换热换热换热器器器器喷喷喷喷淋式蛇管淋式蛇管淋式蛇管淋式蛇管换热换热换热换热器器器器螺旋板式螺旋板式螺旋板式螺旋板式换热换热换热换热器：器：器：器：不易不易不易不易结结结结垢垢垢垢板式板式板式板式换热换热换热换热器器器器板翅式板翅式板翅式板翅式换热换热换热换热器：器：器：器：效率最高效率最高效率最高效率最高板壳式板壳式板壳式板壳式换热换热换热换热器器器器伞伞伞伞板式板式板式板式换热换热换热换热器器器器石墨、聚四氟乙石墨、聚四氟乙石墨、聚四氟乙石墨、聚四氟乙烯烯烯烯、热热热热管管管管换热换热换热换热器器器器这是什么？6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备换热设备的分的分的分的分类类及特点及特点及特点及特点6.1概述概述9.螺旋管式螺旋管式螺旋管式螺旋管式换热换热换热换热器器器器 折折折折流流流流杆杆杆杆换换换换热热热热器器器器浮浮浮浮头头头头式外式外式外式外导导导导流筒流筒流筒流筒换热换热换热换热器器器器 U U型管式型管式型管式型管式换热换热换热换热器器器器折流杆折流杆折流杆折流杆换热换热换热换热器器器器6.1.2 6.1.2 6.1.2 6.1.2 换热设备换热设备的分的分的分的分类类及特点及特点及特点及特点6.1概述概述10.考考考考虑虑虑虑因素（流体的性因素（流体的性因素（流体的性因素（流体的性质质质质）压压压压力力力力热导热导热导热导率率率率腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀性性性性温度温度温度温度允允允允许压许压许压许压降范降范降范降范围围围围清洗清洗清洗清洗维维维维修要求修要求修要求修要求材料价格材料价格材料价格材料价格使用寿命使用寿命使用寿命使用寿命种种种种类类类类粘度粘度粘度粘度热热热热敏性敏性敏性敏性6.1.3 6.1.3 6.1.3 6.1.3 换热换热器器器器选选型型型型6.1概述概述11.按按按按结结结结构特点构特点构特点构特点结结结结构构构构简单简单简单简单、紧紧紧紧凑凑凑凑造价低造价低造价低造价低固定管板式固定管板式固定管板式固定管板式承受承受承受承受较较较较高高高高压压压压力力力力清洗、更清洗、更清洗、更清洗、更换换换换方便方便方便方便浮浮浮浮头头头头式式式式U U形管式形管式形管式形管式填料函式填料函式填料函式填料函式釜式重沸器釜式重沸器釜式重沸器釜式重沸器产产产产生生生生热应热应热应热应力力力力温差不大温差不大温差不大温差不大不易不易不易不易结结结结垢垢垢垢清洗方便清洗方便清洗方便清洗方便无无无无热应热应热应热应力力力力结结结结构复构复构复构复杂杂杂杂造价高造价高造价高造价高制造制造制造制造时时时时密封要求高密封要求高密封要求高密封要求高结结结结构构构构简单简单简单简单无无无无热应热应热应热应力力力力布管少布管少布管少布管少报废报废报废报废率高率高率高率高承承承承压压压压能力能力能力能力强强强强轴轴轴轴向自由伸向自由伸向自由伸向自由伸缩缩缩缩无无无无热应热应热应热应力力力力产产产产生泄露生泄露生泄露生泄露物料有限制物料有限制物料有限制物料有限制结结结结构构构构简单简单简单简单承受高温、高承受高温、高承受高温、高承受高温、高压压压压无无无无热应热应热应热应力力力力成本高成本高成本高成本高结结结结构复构复构复构复杂杂杂杂清洗方便清洗方便清洗方便清洗方便6.2.1 6.2.1 6.2.1 6.2.1 基本基本基本基本类类型型型型6.2管壳式管壳式换热换热器器12.型式型式型式型式材料材料材料材料换热换热换热换热管管管管尺寸尺寸尺寸尺寸管排列形式及中心距管排列形式及中心距管排列形式及中心距管排列形式及中心距管板管板管板管板管箱管箱管箱管箱管束分程管束分程管束分程管束分程换热换热换热换热管与管板管与管板管与管板管与管板连连连连接接接接平面形平面形平面形平面形椭圆椭圆椭圆椭圆形形形形蝶形蝶形蝶形蝶形管板管板管板管板结结结结构构构构光管光管光管光管球形球形球形球形绕绕绕绕性薄管板性薄管板性薄管板性薄管板强强强强度度度度胀胀胀胀强强强强度度度度焊焊焊焊管程管程管程管程结结结结构构构构管板材料管板材料管板材料管板材料翅片管翅片管翅片管翅片管螺旋槽管螺旋槽管螺旋槽管螺旋槽管螺螺螺螺纹纹纹纹管管管管6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器胀焊胀焊胀焊胀焊并用并用并用并用13.单单单单双双双双三三三三弓形弓形弓形弓形圆盘圆盘圆盘圆盘-圆环圆环圆环圆环旁路旁路旁路旁路挡挡挡挡板板板板挡挡挡挡管管管管壳体壳体壳体壳体折流板或折流杆折流板或折流杆折流板或折流杆折流板或折流杆纵纵纵纵向隔板向隔板向隔板向隔板壳程壳程壳程壳程结结结结构构构构防短路防短路防短路防短路结结结结构构构构拉杆拉杆拉杆拉杆防冲防冲防冲防冲挡挡挡挡板板板板中中中中间挡间挡间挡间挡板板板板6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器14.换热换热换热换热管排列形式管排列形式管排列形式管排列形式正三角形正三角形正三角形正三角形转转转转角三角形角三角形角三角形角三角形正方形正方形正方形正方形转转转转角正方形角正方形角正方形角正方形30306060909045456.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器换热换热管管15.管板材料管板材料管板材料管板材料选择选择管板材料管板材料时时，除，除力学性能力学性能外，外，还应还应考考虑虑管程和管程和壳程流体的壳程流体的腐腐蚀蚀性性，以及管板和，以及管板和换热换热管之管之间间的的电电位差位差对对腐腐蚀蚀的影响。当流体无腐的影响。当流体无腐蚀蚀性或有性或有轻轻微腐微腐蚀蚀性性时时，管板，管板一般采用一般采用压压力容器用力容器用碳素碳素钢钢或低合金或低合金钢钢板或板或锻锻件件制造。制造。当当流体腐流体腐蚀蚀性性较较强强时时，管板，管板应应采用不采用不锈钢锈钢、铜铜、铝铝、钛钛等耐腐等耐腐蚀蚀材料。但材料。但对对于于较较厚的管板，若整体采用价格厚的管板，若整体采用价格昂昂贵贵的耐腐的耐腐蚀蚀材料，造价很高。工程上常采用不材料，造价很高。工程上常采用不锈钢锈钢+钢钢、钛钛+钢钢、铜铜+钢钢等等复合板，或堆复合板，或堆焊衬焊衬里里。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器16.管板管板管板管板结结结结构构构构薄管板薄管板薄管板薄管板结结结结构形式构形式构形式构形式（a a）（b b）（c c）（d d）6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器17.管板管板管板管板结结结结构构构构在在满满足足强强度的前提下，度的前提下，应应尽量减少管板厚度。尽量减少管板厚度。薄管板是指相薄管板是指相对对采用采用标标准、准、规规范（如范（如GB151管壳管壳式式换热换热器、美国管式器、美国管式换热换热器制造商器制造商协协会会标标准准TEMA）计计算所得的管板厚度要薄的多的管板，一般厚算所得的管板厚度要薄的多的管板，一般厚度度为为8-20mm。目前薄管板主要有平面形、目前薄管板主要有平面形、椭圆椭圆形、蝶形、球形、形、蝶形、球形、挠挠性薄管板等形式，最性薄管板等形式，最为为常用的是平面形薄管板。常用的是平面形薄管板。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器18.管箱管箱管箱管箱壳体直径壳体直径较较大的大的换热换热器大多采用管箱器大多采用管箱结结构。管箱位于管构。管箱位于管壳式壳式换热换热器的两端，管箱的作用是把从管道器的两端，管箱的作用是把从管道输输送来的流体送来的流体均匀地均匀地分布分布到各到各换热换热管和把管内流体管和把管内流体汇汇集集在一起送出在一起送出换热换热器。在多管程器。在多管程换热换热器中，管箱器中，管箱还还起起改改变变流体流向流体流向的作用。的作用。管箱的管箱的结结构形式主要以构形式主要以换热换热器是否需要清洗或管束是器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素来决定。否需要分程等因素来决定。管束分程管束分程管束分程管束分程在管内流在管内流动动的流体从管子的一端流到另一端，称的流体从管子的一端流到另一端，称为为一一个管程。在管壳式个管程。在管壳式换热换热器中，最器中，最简单简单最常用的是最常用的是单单管程管程的的换热换热器。器。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器19.1.1.强强强强度度度度胀胀胀胀强强度度胀胀是指保是指保证换热证换热管与管板管与管板连连接的密封性能及抗拉接的密封性能及抗拉脱脱强强度的度的胀胀接。常用的接。常用的胀胀接有非均匀接有非均匀胀胀接（机械接（机械滚滚珠珠胀胀接）接）和均匀和均匀胀胀接（液接（液压胀压胀接、液袋接、液袋胀胀接、橡胶接、橡胶胀胀接和爆炸接和爆炸胀胀接接等）两大等）两大类类。换热换热管与管板管与管板连连接是管壳式接是管壳式换热换热器器设计设计、制造最关、制造最关键键的技的技术术之一，之一，是是换热换热器器事故率最多事故率最多的部位。的部位。换热换热管与管板管与管板连连接的好坏，直接影响接的好坏，直接影响换热换热器的使用寿命。器的使用寿命。机械机械机械机械滚滚滚滚珠珠珠珠胀胀胀胀接是最早的接是最早的接是最早的接是最早的胀胀胀胀接方法，目前仍大量使用。接方法，目前仍大量使用。接方法，目前仍大量使用。接方法，目前仍大量使用。强强度度胀胀接主要适用于接主要适用于设计压设计压力力小于等于小于等于4.0MPa；设计设计温温度度小于等于小于等于300C；操作中无；操作中无剧剧烈振烈振动动、无、无过过大温度波大温度波动动及及无明无明显应显应力腐力腐蚀蚀等等场场合。合。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器20.2.2.强强强强度度度度焊焊焊焊强强度度焊焊接接是指保是指保证换热证换热管与管板管与管板连连接的密封性能及抗拉接的密封性能及抗拉脱脱强强度的度的焊焊接。此法目前接。此法目前应应用用较为较为广泛。由于管孔不需要广泛。由于管孔不需要开槽，且开槽，且对对管孔的粗糙度要求布告，管子端部不需要退火管孔的粗糙度要求布告，管子端部不需要退火和磨光，因此和磨光，因此制造加工制造加工简单简单。焊焊接接结结构构强强度高度高，抗拉脱力，抗拉脱力强强。在高温下也能保。在高温下也能保证连证连接接处处的密封性能和抗拉脱能力。的密封性能和抗拉脱能力。除有除有较较大振大振动动及有及有缝缝隙腐隙腐蚀蚀的的场场合，只要材料可合，只要材料可焊焊性性好，好，强强度度焊焊接可用于其他任何接可用于其他任何场场合。管子与薄管板的合。管子与薄管板的连连接接应应采用采用焊焊接方法。接方法。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器21.2.2.胀焊胀焊胀焊胀焊并用并用并用并用采用采用胀焊胀焊并用并用，不，不仅仅能改善能改善连连接接处处的抗疲的抗疲劳劳性能，而性能，而且且还还可可消除消除应应力腐力腐蚀蚀和和缝缝隙腐隙腐蚀蚀，提高使用寿命。因此，提高使用寿命。因此，此法得到广泛此法得到广泛应应用。用。胀焊胀焊并用主要并用主要用于密封性能要求用于密封性能要求较较高高；承受振；承受振动动和疲和疲劳载劳载荷；有荷；有缝缝隙腐隙腐蚀蚀；需要用复合管板等的；需要用复合管板等的场场合。合。胀焊胀焊并用方法，从加工工并用方法，从加工工艺艺看，主要有看，主要有强强度度胀胀+密封密封焊焊、强强度度焊焊+胀胀接、接、强强度度焊焊+强强度度胀胀等几种形式。等几种形式。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器22.壳体壳体壳体壳体壳程主要由壳体、折流板或折流杆、支承板、壳程主要由壳体、折流板或折流杆、支承板、纵纵向隔板、拉杆、向隔板、拉杆、防冲防冲挡挡板、防短路板、防短路结结构等元件构等元件组组成。成。设设置折流板的置折流板的目的目的是未了提高壳程流体的流速，增加湍是未了提高壳程流体的流速，增加湍动动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热传热，增大，增大壳程流体壳程流体传热传热系数，同系数，同时时减少减少结结垢。在卧式垢。在卧式换热换热器中，折器中，折流板流板还还起支撑管束的作用。起支撑管束的作用。壳体一般是一个壳体一般是一个圆圆筒，在壳壁上筒，在壳壁上焊焊有接管。有接管。折流板折流板折流板折流板常用的折流板有常用的折流板有弓形弓形和和圆盘圆盘-圆环圆环形形两种。其中弓形有两种。其中弓形有单单弓形、双弓形、双弓形和三弓形三种。弓形和三弓形三种。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器23.折流板一般折流板一般应应按等按等间间距布置，管束两端的折流板距布置，管束两端的折流板应应尽量靠近壳程尽量靠近壳程进进、出口接管。折流板最小、出口接管。折流板最小间间距距应应不小不小于壳体内直径的于壳体内直径的1/5，且不小于，且不小于50mm；最大；最大间间距距应应不不大于壳体内直径。大于壳体内直径。折流杆折流杆折流杆折流杆折流板与支持板一般用拉杆和定距管折流板与支持板一般用拉杆和定距管连连接在一起。接在一起。在大直径的在大直径的换热换热器中，如折流板器中，如折流板间间距距较较大，容易形成大，容易形成“死区死区”。宜采用多弓形折流板。宜采用多弓形折流板。新型管束支撑新型管束支撑结结构构折流杆支撑折流杆支撑结结构。构。该该支撑支撑结结构构又折流圈和又折流圈和焊焊接在折流圈上的支撑杆（杆可以水平、垂接在折流圈上的支撑杆（杆可以水平、垂直或其他角度）所直或其他角度）所组组成。支撑杆可由成。支撑杆可由圆钢圆钢或扁或扁钢钢制成。制成。一般一般4块块折流圈折流圈为为一一组组。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器24.防短路防短路防短路防短路结结结结构构构构（1）旁路）旁路挡挡板板（2）挡挡管管挡挡管一般与管一般与换热换热管的管的规规格相同，可与折流板点格相同，可与折流板点焊焊固定，固定，也可用拉杆代替。也可用拉杆代替。挡挡管管应应每隔每隔3-4排排换热换热管管设设置一根置一根，但，但不不应设应设置在折流板缺口置在折流板缺口处处。（3 3）中）中）中）中间挡间挡间挡间挡板板板板在在U形管式形管式换热换热器中器中设设置，中置，中间挡间挡板一般与折流板点板一般与折流板点焊焊固定，中固定，中间挡间挡板的板的数量不宜多于数量不宜多于4块块。6.2.2 6.2.2 6.2.2 6.2.2 管壳式管壳式管壳式管壳式换热换热器器器器结结构构构构6.2管壳式管壳式换热换热器器25.管板管板设设计计的三的三种基本种基本假假设设1.将管板看承将管板看承为为周周边边支承条件下承受支承条件下承受军军部部载载荷的荷的圆圆平板，平板，应应用平用平板理板理论论得出得出计计算公式。考算公式。考虑虑管孔的削弱，再引入管孔的削弱，再引入经验经验性的修正系性的修正系数。数。2.将管子当作管板的固定支承而管板是受管子支承着的平板。管将管子当作管板的固定支承而管板是受管子支承着的平板。管板的厚度取决于管板上不布管区的范板的厚度取决于管板上不布管区的范围围。实实践践证证明，明，这这种公式适种公式适用于各种薄管板的用于各种薄管板的计计算。算。3.将管板将管板视为视为在广在广义弹义弹性基性基础础上承受上承受军军部部载载荷的多孔荷的多孔圆圆平板，即把平板，即把实际实际的管板的管板简简化化为规则为规则排列的管孔削弱、同排列的管孔削弱、同时时又被管子加又被管子加强强的等效的等效弹弹性基性基础础上的均上的均质质等效等效圆圆平板。平板。这这种假种假设设既考既考虑虑了管子的加了管子的加强强作用，作用，又考又考虑虑了管子的削弱作用，比了管子的削弱作用，比较较全面，全面，为为多数国家采用。多数国家采用。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板管板管板管板设计设计6.2管壳式管壳式换热换热器器26.管板管板设设计计的基的基本考本考虑虑1.管束管束对对管板管板绕绕度的度的约约束作用，但忽略管束束作用，但忽略管束对对管板管板转转角的角的约约束作用束作用2.管束周管束周边边不布管区不布管区对对管板管板应应力的影响，划管板力的影响，划管板为为两个区。两个区。3.不同不同结结构的构的换热换热器，管板器，管板边缘连边缘连接接结结构不同，构不同，考考虑虑壳体、管箱、法壳体、管箱、法兰兰、封、封头头、垫垫片等元件片等元件对对管管板板应应力的影响。力的影响。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板管板管板管板设计设计6.2管壳式管壳式换热换热器器27.管板管板设设计计思路思路1.管板管板弹弹性分析，将性分析，将换热换热器分解成封器分解成封头头、法、法兰兰、管板、管板、螺栓、螺栓、垫垫片等元件片等元件组组成的成的弹弹性系性系统统，各元件之，各元件之间间的相的相互作用用内力表示，管板互作用用内力表示，管板简简化化为弹为弹性基性基础础上的等效均上的等效均质圆质圆平板。但忽略管束平板。但忽略管束对对管板管板转转角的角的约约束作用束作用2.危危险险工况，壳程工况，壳程压压力和管程力和管程压压力不能同力不能同时时作用作用时时。3.管板管板应应力校核力校核4.管板管板应应力力调调整整5.管板管板计计算算软软件件6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板管板管板管板设计设计6.2管壳式管壳式换热换热器器28.薄管板薄管板设计设计1.薄管板主要薄管板主要载载荷由管壁与壳壁的温度差决定，流体荷由管壁与壳壁的温度差决定，流体压压力引起的力引起的应应力与力与挠挠度相度相对对来来说说是不大的。中低是不大的。中低压压条条件的薄管板厚度可直接件的薄管板厚度可直接查查表或通表或通过规过规范范计计算得到。算得到。2.因因为为薄管板本身的薄管板本身的刚刚度小，度小，载载荷主要由管子承担，需荷主要由管子承担，需要要验验算管子的算管子的稳稳定性。可减小折流板或支持板的定性。可减小折流板或支持板的间间距。距。6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板管板管板管板设计设计6.2管壳式管壳式换热换热器器29.6.2.3 6.2.3 6.2.3 6.2.3 管板管板管板管板设计设计6.2管壳式管壳式换热换热器器30.降低由于管束和壳体降低由于管束和壳体间热间热膨膨胀胀差所引起的管板差所引起的管板应应力、力、换热换热管与壳体上的管与壳体上的轴轴向向应应力以及管板与力以及管板与换热换热管管间间的拉脱力。起到的拉脱力。起到补偿轴补偿轴向向变变形形的作用。的作用。根据根据设计设计条件、条件、换热换热器各元件的器各元件的实际应实际应力状况，力状况，判断是否需要膨判断是否需要膨胀节胀节。参参参参见见见见GB16749GB16749压压压压力容器波形膨力容器波形膨力容器波形膨力容器波形膨胀节胀节胀节胀节。6.2.4 6.2.4 6.2.4 6.2.4 膨膨膨膨胀节设计胀节设计6.2管壳式管壳式换热换热器器1.1.膨膨膨膨胀节胀节胀节胀节的作用的作用的作用的作用2.2.是否是否是否是否设设设设置膨置膨置膨置膨胀节胀节胀节胀节的判断的判断的判断的判断3.3.膨膨膨膨胀节设计计胀节设计计胀节设计计胀节设计计算算算算31.1.流体流体诱导诱导振振动动2.（1）卡曼旋）卡曼旋涡涡3.（2）流体）流体弹弹性振性振动动4.（3）湍流）湍流颤颤振振5.（4）声振）声振动动6.（5）射流）射流转换转换2.2.管子固有管子固有频频率率3.防振措施防振措施（1）改）改变变流速；流速；（2）改）改变变管子固有管子固有频频率；率；（3）增）增设设消声板；消声板；（4）抑制周期性旋）抑制周期性旋涡涡；（5）设设置防冲板或置防冲板或导导流筒。流筒。6.2.5 6.2.5 6.2.5 6.2.5 管束振管束振管束振管束振动动与防止与防止与防止与防止6.2管壳式管壳式换热换热器器32.6.2.6 6.2.6 6.2.6 6.2.6 设计设计方法和工方法和工方法和工方法和工艺计艺计算算算算6.2管壳式管壳式换热换热器器换热换热器器设计设计的的主要任主要任务务是参数是参数选择选择和和结结构构设计设计、传热计传热计算算及及压压降降计计算等。算等。设计设计主要包括壳体型式、管程数、主要包括壳体型式、管程数、换热换热管管类类型、管型、管长长、管、管子排列、管子支承子排列、管子支承结结构（如折流板构（如折流板结结构等）、冷构等）、冷热热流体的流流体的流动动通道、工通道、工艺设计艺设计和封和封头头、壳体、管板等零部件的、壳体、管板等零部件的结结构、构、强强度度设设计计计计算。算。换热换热器的工器的工艺设计计艺设计计算依据算依据设计设计任任务务的不同可分的不同可分为为设计计设计计算算和校核和校核计计算算两种，包括两种，包括计计算算换热换热面面积积和和选选型两个方面。型两个方面。33.6.2管壳式管壳式换热换热器器（1）计计算算换热换热器的器的热负热负荷荷Q（2）确定冷）确定冷热热流体物性参数流体物性参数（3）初）初选换热选换热器的尺寸器的尺寸规规格格（4）计计算管程算管程压压降与降与传热传热系数系数（5）计计算壳程算壳程压压降与降与传热传热系数系数（6）计计算算总传热总传热系数系数K、校核、校核传热传热面面积积（7）对设计结对设计结果果进进行行评评估及估及优优化化6.2.6 6.2.6 6.2.6 6.2.6 设计设计方法和工方法和工方法和工方法和工艺计艺计算算算算34.换热面面积计算算在管壳式在管壳式在管壳式在管壳式换热换热换热换热器的器的器的器的设计设计设计设计中，确定了一种中，确定了一种中，确定了一种中，确定了一种换热换热换热换热器的器的器的器的结结结结构形式后，首先必构形式后，首先必构形式后，首先必构形式后，首先必须须须须确定的确定的确定的确定的一个重要因素是有效一个重要因素是有效一个重要因素是有效一个重要因素是有效换热换热换热换热面面面面积积积积，换热换热换热换热面面面面积积积积的多少决定了的多少决定了的多少决定了的多少决定了换热换热换热换热器的大小。如果器的大小。如果器的大小。如果器的大小。如果换热换热换热换热面面面面积积积积太小，使工太小，使工太小，使工太小，使工艺过艺过艺过艺过程不能程不能程不能程不能实现实现实现实现，使，使，使，使换热换热换热换热器介器介器介器介质质质质出口温度不能得到有效控制。如出口温度不能得到有效控制。如出口温度不能得到有效控制。如出口温度不能得到有效控制。如果果果果换热换热换热换热面面面面积积积积太大，不太大，不太大，不太大，不仅仅仅仅造成材料的浪造成材料的浪造成材料的浪造成材料的浪费费费费，增加投，增加投，增加投，增加投资资资资，而且增大了，而且增大了，而且增大了，而且增大了换热换热换热换热器的体器的体器的体器的体积积积积，使其占据使其占据使其占据使其占据过过过过多的空多的空多的空多的空间间间间。计计计计算算算算换热换热换热换热面面面面积积积积的一个重要参数是的一个重要参数是的一个重要参数是的一个重要参数是总传热总传热总传热总传热系数系数系数系数，它包括冷，它包括冷，它包括冷，它包括冷热热热热介介介介质质质质的的的的给热给热给热给热系数、系数、系数、系数、介介介介质质质质的的的的污污污污垢系数和金属壁的垢系数和金属壁的垢系数和金属壁的垢系数和金属壁的传热传热传热传热系数。其中系数。其中系数。其中系数。其中计计计计算算算算较为较为较为较为复复复复杂杂杂杂的是介的是介的是介的是介质质质质的的的的给热给热给热给热系数。系数。系数。系数。介介介介质质质质的的的的给热给热给热给热系数不系数不系数不系数不仅仅仅仅与介与介与介与介质质质质的物性有关，而且与介的物性有关，而且与介的物性有关，而且与介的物性有关，而且与介质质质质的流的流的流的流动动动动状状状状态态态态有关。介有关。介有关。介有关。介质质质质的流的流的流的流动动动动状状状状态态态态是由是由是由是由换热换热换热换热器的器的器的器的结结结结构决定的，如果构决定的，如果构决定的，如果构决定的，如果换热换热换热换热器的器的器的器的结结结结构作很小改构作很小改构作很小改构作很小改动动动动，将引起介，将引起介，将引起介，将引起介质质质质流流流流动动动动状状状状态态态态作作作作较较较较大的大的大的大的变变变变化。在一个化。在一个化。在一个化。在一个换热换热换热换热器中，同一种介器中，同一种介器中，同一种介器中，同一种介质质质质的温度是不断的温度是不断的温度是不断的温度是不断变变变变化的，所以化的，所以化的，所以化的，所以在在在在换热换热换热换热器中的不同位置，同一种介器中的不同位置，同一种介器中的不同位置，同一种介器中的不同位置，同一种介质质质质的的的的热热热热力学数据因温度的不同而不同。在力学数据因温度的不同而不同。在力学数据因温度的不同而不同。在力学数据因温度的不同而不同。在实际实际实际实际计计计计算中，往往将一种介算中，往往将一种介算中，往往将一种介算中，往往将一种介质质质质分成分成分成分成许许许许多个温度区域，在不同的温度区域，多个温度区域，在不同的温度区域，多个温度区域，在不同的温度区域，多个温度区域，在不同的温度区域，对对对对介介介介质质质质的的的的热热热热力学数据作相力学数据作相力学数据作相力学数据作相应应应应的的的的计计计计算。在算。在算。在算。在换热换热换热换热器的器的器的器的设计过设计过设计过设计过程中，程中，程中，程中，换热换热换热换热面面面面积积积积的确定是最的确定是最的确定是最的确定是最为为为为关关关关键键键键的的的的一步，它不一步，它不一步，它不一步，它不仅仅仅仅需要需要需要需要计计计计算方法正确算方法正确算方法正确算方法正确严严严严密，而且各种参数必密，而且各种参数必密，而且各种参数必密，而且各种参数必须须须须十分精确。十分精确。十分精确。十分精确。换热换热换热换热器的分析器的分析器的分析器的分析计计计计算算算算过过过过程是一个程是一个程是一个程是一个动态动态动态动态的的的的计计计计算算算算过过过过程，往往程，往往程，往往程，往往须须须须不断地不断地不断地不断地调调调调整整整整换热换热换热换热器的器的器的器的结结结结构参数。而管壳式构参数。而管壳式构参数。而管壳式构参数。而管壳式换热换热换热换热器的器的器的器的结结结结构参数很多，其中一构参数很多，其中一构参数很多，其中一构参数很多，其中一项项项项的改的改的改的改变变变变将会使将会使将会使将会使计计计计算算算算结结结结果果果果产产产产生很大生很大生很大生很大变变变变化，所以需要不断的反复，不化，所以需要不断的反复，不化，所以需要不断的反复，不化，所以需要不断的反复，不仅仅仅仅要使要使要使要使换热换热换热换热面面面面积满积满积满积满足需要，而且足需要，而且足需要，而且足需要，而且还应还应还应还应兼兼兼兼顾顾顾顾到其它到其它到其它到其它许许许许多因素，例如介多因素，例如介多因素，例如介多因素，例如介质质质质阻力情况等等。阻力情况等等。阻力情况等等。阻力情况等等。35.管束振管束振动分析分析对对对对于管壳式于管壳式于管壳式于管壳式换热换热换热换热器，一个容易被忽器，一个容易被忽器，一个容易被忽器，一个容易被忽视视视视的的的的问题问题问题问题是是是是换热换热换热换热管的振管的振管的振管的振动动动动。而。而。而。而换热换热换热换热管束的管束的管束的管束的振振振振动动动动往往是往往是往往是往往是换热换热换热换热管破坏的主要原因管破坏的主要原因管破坏的主要原因管破坏的主要原因，使，使，使，使换热换热换热换热器器器器过过过过早早早早报废报废报废报废。引起引起引起引起换热换热换热换热管振管振管振管振动动动动的的的的因素因素因素因素很多，也很多，也很多，也很多，也较较较较复复复复杂杂杂杂。当介。当介。当介。当介质质质质流量接近使流量接近使流量接近使流量接近使换热换热换热换热管管管管产产产产生共振生共振生共振生共振的的的的临临临临界流量界流量界流量界流量时时时时，将引起，将引起，将引起，将引起换热换热换热换热管束管束管束管束产产产产生生生生较较较较大的振大的振大的振大的振动动动动。另外。另外。另外。另外换热换热换热换热器内部介器内部介器内部介器内部介质质质质的局部湍的局部湍的局部湍的局部湍流、流、流、流、涡涡涡涡流也会引起流也会引起流也会引起流也会引起换热换热换热换热管振管振管振管振动动动动。换热换热换热换热管振管振管振管振动动动动的的的的位置位置位置位置较较较较广，可以是某两个折流板广，可以是某两个折流板广，可以是某两个折流板广，可以是某两个折流板间间间间的所有的所有的所有的所有换热换热换热换热管同管同管同管同时产时产时产时产生振生振生振生振动动动动，或只有几排或只有几排或只有几排或只有几排换热换热换热换热管管管管产产产产生振生振生振生振动动动动。也可能是在介。也可能是在介。也可能是在介。也可能是在介质进质进质进质进口或出口端的某些口或出口端的某些口或出口端的某些口或出口端的某些换热换热换热换热管管管管产产产产生振生振生振生振动动动动。总总总总之，之，之，之，换热换热换热换热管的振管的振管的振管的振动动动动可能可能可能可能发发发发生在生在生在生在换热换热换热换热管束的任何一管束的任何一管束的任何一管束的任何一处处处处或多或多或多或多处处处处。换热换热换热换热器的管束器的管束器的管束器的管束