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化工707管壳式换热器结构系列丛书(共12册)内容精选,原版电子书发放中

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一、管壳式换热器的主要结构型式及特点

(本节内容摘选自下图所示书籍)


第一章:固定管板换热器

固定管板换热器其由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。结构特点为:两块管板分别焊于壳体的两端,管束两端固定在管板上。换热管束可做成单程、双程或多程。它适用于壳体与管子温差小的场合。

一、固定管板换热器结构图如下

二、固定管板换热器的主要特点
a) 结构结单,制造成本低;
b) 排管数比浮头式、U 形管式换热器要多;
c) 不能抽芯,无法进行机械清洗;
d) 因不能单独更换管束,所以维修成本高。
e) 不适用于大温差的场合。

优点:结构简单、紧凑。在相同的壳体直径内,排管数最多,旁路最少;每根换热管都可以进行更换,且管内清洗方便。

缺点:壳程不能进行机械清洗;当换热管与壳体的温差较大(大于50℃)时产生温差应力,需在壳体上设置膨胀节,因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢,两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。

三、固定管板换热器的动画原理图如下


第二章:浮头式换热器

浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接,可在壳体内沿轴向自由伸缩,称为浮头。

一、浮头换热器结构图如下

二、浮头式换热器特点
a) 具有可抽式管束,因此管束可抽出进行机械清洗,适用于易结焦及堵塞的工况;
b) 管束的浮头端可自由浮动,无须考虑温差应力,可用于大温差的场合;
c) 浮头结构复杂,影响排管数,浮头密封面发生泄漏时,很难采取措施;
d) 压力试验时的施压胎具复杂。

优点:当换热管与壳体有温差存在,壳体或换热管膨胀时,互不约束,不会产生温差应力;管束可从壳体内抽出,便于管内和管间的清洗。

缺点:结构较复杂,用材量大,造价高;浮头盖与浮动管板之间若密封不严,发生内漏,造成两种介质的混合。


三、浮头式换热器的动画原理图如下


第三章:U形管式换热器

结构特点是只有一个管板,换热管为 U 型,管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩,当壳体与 U 型换热管有温差时,不会产生温差应力。可弥补浮头式换热器结构复杂的特点,同时又保留换热管束可以抽出,热应力可以消除的优点。


一、U 形管式换热器

U 形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器

典型的U 形管式换热器结构如下图


二、U 形管式换热器的主要特点
a) U 形换热管的管束可以自由浮动,无须考虑温差应力,可用于大温差场合;
b) 只有一块管板,法兰数量少,泄露点少、结构简单;
c) 可以抽芯清洗管束;
d) 由于U 形管的最小弯曲半径的限制,分程间距宽,因此排管少;
e) 当管内流速太高时,将会对U 形弯管段产生严重的冲蚀,影响寿命。
f) 由于换热管是U 形的,管内清洗困难,故管内介质宜是清洁且不易结垢的物料。

优点:结构简单,只有一个管板,密封面少,运行可靠,造价低;管束可以抽出,管间清洗方便。

缺点:管内清洗比较困难;由于管子需要有一定的弯曲半径,故管板的利用率较低;管束最内层管间距大,壳程易短路;内层管子坏了只能堵塞而不能更换,因而报废率较高。

适用场合:U 型管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢,而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。一般高温、高压、腐蚀性强的介质走管内,可使高压空间减小,密封易解决,并可节约材料和减少热损失。

三、U 形管式换热器的动画原理如下图


第四章:填料函式的浮头换热器

浮头式换热器的一种改型结构,它把原置于壳程内部的浮头移至体外,用填料函来密封壳程内介质的外泄。结构特点是管板只有一端与壳体固定连接,另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩,不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。


一、填料函式的浮头换热器结构如下图

二、填料函式换热器的特点

填料函式换热器(见图2.4)是由管箱、壳体、管束、浮头盖、压盖、密封圈等零部件组成。管
束可抽出,壳体与管束间可自由滑动,从而吸收了壳体与管束壁温而引起的热膨胀。
其特点如下:

a) 管束可抽出机械清洗;

b) 介质间温差不受限制

c) 可用于结垢比较严重的场合;

d) 可用于管程腐蚀较重的场合;

e) 金属耗量较浮头低10% 左右;

f) 适用温度可达200℃,压力可达2.5Mpa。

g) 密封处易漏;

h) 不适用于有毒、易燃、易爆、易挥发及贵重介质场合。

优点:结构较浮头式换热器简单,制造方便,耗材少,造价低;管束可从壳体内抽出,管内、管间均能进行清洗,维修方便。

缺点:填料函耐压不高,一般小于4.0MPa;壳程介质可能通过填料函外漏,对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。填料函式换热器适用于管、壳壁温差较大或介质易结垢,需经常清理且压力不高的场合。


第五章、带蒸发空间的卧式换热器(或称釜式重沸器)

带蒸发空间的卧式换热器的两种类型;

a) 浮头式或U 形式管束的釜式重沸器结构图如下


b) 固定式管束釜式重沸器


二、带蒸发空间的卧式换热器的特点

釜式重沸器的管程采用浮头式、U 形管式或固定管板式管束,壳程为单斜锥具有蒸发空间的壳体,一般为管程介质加热壳程介质,故管程的温度和压力比壳程的高,但设计压力一般不会高于6.4MPa。


第六章:主要组合部件分类及代号

管壳式换热器的主要组合部件分类及代号
GB151 将管壳式换热器分成前端管箱、壳体和后端管箱(包括管束)三部分,详细分类及代号见

如下图


二、管壳式换热器管箱结构

(本节内容摘选自下图所示书籍)



第一章:管箱的结构形式

管箱的作用是把进入换热器的流体相对均匀地分布到管束的各换热管中,并通过另一端管箱使流体汇集在一起送出换热器。

典型的管箱结构形式见图5.1–1

一、A 型管箱(带法兰平盖的管箱)

A 型管箱可用于单管程和多管程,优点是便于清洗换热器的管程;缺点是管箱盖结构用材较多,当尺寸较大时,需要锻件,故建议A 型管箱宜用于DN≤900mm 的场合。

二、B 型管箱

B 型管箱用于单管程和多管程,优点是结构简单,便于制造;缺点是检修和清洗管程的换热管内时,需将管箱上的接管法兰和设备法兰拆开,并取下整体管箱。

三、C 型管箱

该管箱是多管程换热器的返回管箱。


四、D 型管箱

该管箱用于单管程换热器的进出口管箱。

五、E、F、G 型管箱

E、F、G 型管箱是较典型的高压管箱结构,管箱盖板(或人孔盖板)的常见密封结构如下:

• 金属平垫密封;• 八角垫和椭圆垫密封;• 双锥密封。

• 焊接密封:如膜片式密封、欧米伽环式密封。

设计者应根据工程设计条件,选择相应的密封结构。


第二章:管箱的最小内侧深度

管箱的最小内侧深度 (Lg min)

规定管箱的最小内侧深度,目的是为了使流体均匀流入换热管并减少流动的压力降。

一、管箱最小内侧深度的确定原则:

a)单管程采用轴向接管时,接管中心线上的管箱最小深度应大于或等于接管内径的1/3。

b)多程管箱(侧向接管)时,流经相邻两管程之间的最小流通面积不小于每程换热管流通面积的1.3 倍;当压力降允许时也可等于每程换热管的流通面积。

c)管箱上的各相邻焊缝(如接管或补强圈的角焊缝与B 类焊接接头)的距离,必须大于或等于4倍的管箱圆筒名义厚度,且不小于50mm.

d) 管箱的筒体(短节)长度不宜小于100mm。

注:管箱筒体(短节)的长度不必遵循GB150 圆筒长度不小于300mm 的规定。

二、管箱的最小内侧深度(L g min)计算(按流通面积计算)


第三章:管箱的最大内侧深度

管箱的最大内侧深度(Lg max)

管箱长度,除考虑流通面积,各相邻焊缝间的距离以外还应考虑管箱内件的焊接和清洗。因此,对多管程的管箱,除限制最小内侧深度外,还必须考虑管箱的最大内侧深度。

管箱的最大内侧深度(Lg max)可参照以下方法确定:

a) 在与设备轴线垂直的平面内测得的从焊缝开始和分程隔板或壳体的夹角不小于20°的射线的最大净空距离H(见图5.1–2)。当一个管箱有多个H 值时,应取其中的最小值。

b) 根据H 值由图5.1–3 查得管箱的最大内侧深度Lg max 。

c) 对于能从两端进行隔板焊接的A 型管箱,其最大内侧深度可取由图5.1–2 中所查的L 的两倍。


第六章:管箱平盖

一、管箱平盖的结构型式如图5.1–4 和图5.1–5

a) 图5.1–4 为整体结构的管箱盖,主要用于管箱为碳钢或低合金钢材料的场合。

b) 图5.1–5a 为复合结构的管箱盖,用于管箱为不锈钢或耐蚀合金材料的场合。

c) 图5.1–5b 是采用衬板塞焊的管箱盖,但不适用于真空状态的场合。

二、整体结构管箱盖的有效厚度应等于管箱盖的实际厚度减去管箱腐蚀裕量或管箱腐蚀裕量与分程隔板槽深度的大值。


三、对于复合管箱盖和衬层管箱盖,其复合

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