管壳式换热器一般设计原则.pdf

TEMA规格的管壳式换热器设计原则 ——摘引自《PERRY S CHEMICAL ENGINEER S HANDBOOK 1999》 设计中的一般考虑 流程的选择 选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。管程的流体的腐蚀 性较强，或是较脏、压力较高。 壳程则会是高粘度流体或某种气体。当管/壳程流体中的 某一种要用到合金结构时，“碳钢壳体+合金管侧部件”比之 “接触壳程流体部件全用合金+ 碳钢管箱”的方案要较为节省费用。 清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。 假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排 管侧。 对于给定的压降，壳侧的传热系 较管侧的要高。 换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。 建造规则 压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME 锅炉及压力容器规范 Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。一般此标准的必威体育精装版版每3 年出版 发行一次。期间的修改以附录形式每半年出一次。 美国和加拿大的很多地方，遵循 ASME 规则上的要求是强制性的。最初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。但现 已包含 了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有 关管子－管板接头的附件。目前ASME 正 开发用于换热器的其他规则。 列管式换热器制造商协会标准, 第6 版., 1978 (通常引称为 TEMA 标准*), 用 除套管式换 热器而外的所有管壳式换热器的应用中，对ASME 规则的补 和说明。TEMA R 级”设计 就是 “用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。按本标准制造的设备，设计目的 于 此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。” TEMA C 级” 设计是 “用于 商用及通用加工用途的一般性适度要求。”而TEMA “B 级”是 用于化学加工用途” *译者注：这已经不是必威体育精装版版的，现 已经出到1999 年第8 版 3 种建造标准的机械设计要求都是一样的。各 TEMA 级别之间的差异很小，并已由Rubin Hydrocarbon Process., 59, 92 (June 1980) 上做了归列。 TEMA 标准所讨论的主题是：命名原则、制造公差、检验、保证、管子、壳体、折流板和 支撑板，浮头、垫片、管板、管箱、管嘴、法兰连接端及紧固件、材料规范以及抗结垢问题。 API Standard 660, 4th ed., 1982*，一般炼油用途的管壳式换热器是由美国炼油协会出版的， 以补 TEMA 标准和ASME 规范。很多从事化学和石油加工的公司都有其自己的标准以对 以上各种要求作出补 。关于规范、标准和个客户的规定之间的关系已由F. L. Rubin 编辑 结集，由ASME 1979 年出版了(参见佩里化学工程师手册第6 章关于压力容器规则的讨 论) 。 *译者注：这已经不是必威体育精装版版的，现 已经出到2001 年第6 版 换热器的设计压力和设计温度通常 确定时都 预计的工作条件上又给了一个安全裕量。一 般设计压力比 作中的预计最高压力或关泵时的最高压力要高大约172KPa(25 Psi)；而设计 温度则通常较最高工作温度高14°C (25°F) 。 管束振动 随着折流板换热器被设计用于流量和压降越来越高的场合，由管子振动带来的损 坏日益严重。处理这种问题最为有效的办法就是通过采用只会有助于纵向流动的管子支撑档 板而避免出现错流情况。但是即使如此，仍需对壳程管嘴入口下方的管束区严加注意：此处 的流动是从壳体侧面引入的。TEMA 标准中专门为此设立了一章。一般说来，管子的振动 机理是： 漩涡脱体 流体错流流过管子时的漩涡脱体频率可能会与管子的固有频率相符，进而激发起 很大的共振振幅。 流体弹性耦合 流过管子的流体导致管子发生涡动式的振动。当流速超过某临界值时，流体 弹性耦合的机制出现，振动就变为自激振动，振幅增长。这一机理 遭受振动破坏的工艺换 热器上经常发生。 压力脉动 由紧随 圆柱体之后或由上游带往圆柱体而发生的湍流压力波动会给管子的振 动造成潜在的机理。管子会对接近其固有频率的那部分能谱作出响应。 声耦合 当壳程流体为低密度的气体时,