管殼式換熱器的設(shè)計.pdf

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1、754化工機械2014年管殼式換熱器的設(shè)計王萌萌+4李彩霞‘許世峰8王斯民8文鍵“(西安交通大學(xué)，a．化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院；b．能源與動力工程學(xué)院)摘要介紹了管殼式換熱器的設(shè)計步驟，包括傳熱設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。解決了殼程壓力為負(fù)壓時需要注意的相變時傳熱系數(shù)的確定及靜電板的設(shè)計等問題。通過分析，使換熱器的設(shè)計更加規(guī)范化而且可以有效提高換熱器的換熱性能，為換熱器的設(shè)計和發(fā)展提供了指導(dǎo)性的意見。關(guān)鍵詞管殼式換熱器傳熱設(shè)計殼程負(fù)壓靜電板中圖分類號TQ051．5文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0254-6094(2014)06-0754-04管殼式換熱器的應(yīng)用歷史悠久，

2、具有選材范圍廣、清洗較方便、適應(yīng)性強、處理能力大、易制造、成本低及能承受高溫、高壓等特點。因此在化工、石油、能源、冶金、機械及建筑等行業(yè)的應(yīng)用中仍處于主導(dǎo)地位?，達(dá)到換熱器使用總量的90％。長期以來，國內(nèi)外學(xué)者對管殼式換熱器做了大量研究，分析了影響管殼式換熱器性能的各種設(shè)計過程和幾何結(jié)構(gòu)因素，如管板間隙、支座的設(shè)置、折流板間距、折流板開口率及換熱管排列方式等問題。但是在設(shè)計過程中依然存在很多問題是標(biāo)準(zhǔn)中不常提到的，這些也需要引起注意。換熱器設(shè)計的好壞直接影響到它是否可以長期安全穩(wěn)定的操作。筆者介紹了管殼式換熱器設(shè)計的基本步驟和設(shè)計過程中幾個需

3、要注意的問題。1管殼式換熱器的設(shè)計步驟1．1傳熱設(shè)計傳熱設(shè)計首先應(yīng)該根據(jù)已知的工藝條件(管殼程的流動介質(zhì)、進(jìn)出口溫度及流體流量等)確定冷熱流體的物性參數(shù)，即由介質(zhì)的定性溫度查取密度、定壓比熱、熱導(dǎo)率和動力粘度。初步確定換熱器的換熱面積和結(jié)構(gòu)尺寸，并對換熱器的管程換熱系數(shù)和殼程換熱系數(shù)分別進(jìn)行計算。然后是工藝數(shù)據(jù)的確定：如未知流體流量、流徑、流速、污垢熱阻、總的換熱系數(shù)及允許的壓力降等。由熱負(fù)荷的確定計算出未知流體的流量。流徑的選取要考慮到壓力、溫度、結(jié)垢和清潔性的問題。壓力、溫度較高和易結(jié)垢的流體走管程，可以減少殼體的厚度，節(jié)省材料，便于控制

4、和清洗，且高溫流體會降低材料的許用應(yīng)力，高溫流體走管程可節(jié)省保溫層、減少殼體的厚度。對于流速的選擇，不同的流體與相應(yīng)的流速范圍，可參考相關(guān)書籍"-。一般來說，流速越高，換熱系數(shù)越高且可以防止結(jié)垢。但是流速越高會引起相應(yīng)的壓力降增大，設(shè)備的動力消耗增大，同時在高流速橫向流的沖擊下，管子容易發(fā)生振動。因此應(yīng)結(jié)合各側(cè)的換熱系數(shù)和壓力降情況進(jìn)行綜合考慮。污垢熱阻可參考GB151-1999附錄F中污垢熱阻的值確定∞J。傳熱系數(shù)的確定可根據(jù)查取的物性參數(shù)按照設(shè)計手冊上相關(guān)的公式進(jìn)行計算核對，有相變的傳熱膜系數(shù)可參考有相變換熱器殼程介質(zhì)換熱系數(shù)來確定，這里

5、不再詳述。進(jìn)一步需要確定換熱器的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：殼體形式、管程數(shù)、管子排列及折流板形式等。這些參數(shù)的確定在GB151．1999和設(shè)計手冊中都有明確的標(biāo)準(zhǔn)。在管程流量較小的情況下，可以增加管程數(shù)，增大管程流體流速，得到更好的換熱效果。布管方式主要有等邊三角形、正方形及同心圓布管等，等邊三角形布管時管子數(shù)目更多，相應(yīng)換熱面+王萌萌，女，1991年4月生，碩士研究生。陜西省西安市，710049。第4l卷第6期化工機械755積更大，而正方形布管時，管子數(shù)量相對較少，便于清洗。折流板的形式有單弓形、雙弓形及三弓形等，在工程中一般換熱器用單弓形折流板的較多‘引

6、。1．2結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)傳熱設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行換熱器結(jié)構(gòu)的確定，主要包括：管箱、管板、接管、支座、膨脹節(jié)及靜電板等的設(shè)計”1。主要依據(jù)GB151．1999和錢頌文主編的<換熱器設(shè)計手冊》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計。管箱的作用是把由管道來的管程流體均勻分布到各傳熱管并把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用。管箱主要結(jié)構(gòu)形式有：A型(平蓋管箱)、B型(封頭管箱)、C型管箱(用于可拆管束與管板做成一個整體)和N型管箱(與管板制成一體的固定管板管箱)。其中B型管箱方便制造，適于高壓、清潔介質(zhì)，可省掉一塊造價高的盲板、法蘭和

7、幾十對螺栓，且橢圓型封頭受力情況要比平端蓋好得多。所以在一般設(shè)計過程中，DN。<400mm時選取平蓋管箱，500ram≤DN≤800ram時為平蓋管箱和封頭管箱，推薦使用封頭管箱。DN，>900mm時為封頭管箱¨1。管板的設(shè)計中，管孔中心距的設(shè)計一般不得小于1．25倍的換熱管外徑。對于分程隔板槽兩側(cè)相鄰管孔中心距要求不小于中心距加上隔板槽寬度。布管區(qū)的最大直徑必須小于布管限定圓的要求，以便于安裝和制造。膨脹節(jié)是由一個或幾個波紋管及結(jié)構(gòu)件組成的用來吸收由于熱脹冷縮等原因引起的設(shè)備尺寸變化的部件。在管板的計算中，按有溫差的各種工況計算出的殼體軸向

8、力、換熱管軸向應(yīng)力、換熱管和管板之間的連接拉脫力中，有一個不能滿足強度條件時，就需要設(shè)置膨脹節(jié)。對于立式換熱器，膨脹節(jié)應(yīng)盡量設(shè)置于支座的下方，使設(shè)備重心盡量低于支座