过程设备设计总结课换热器.ppt

换热设备的类型 管壳式换热器 管壳式换热器结构设计 管程结构 壳程结构 管板设计 膨胀节设计 管束的振动和防振 翅片结构不适用于： 高表面张力的液体冷凝 含有大量固体颗粒的流体 易结垢的流体 3、把管板视为放置在弹性基础上、承受均布载荷作用的多孔圆平板，根据载荷大小、管束刚度和周边支承情况来确定管板的弯曲应力。 目前我国换热器计算采用第三种方法。 同时考虑管束的支撑和管孔的削弱作用。 管 板 受 力 分 析 管板危险截面 环形不布管区外缘 环形不布管区内缘 圆形布管区最大径向弯矩处 图2-52 管板径向应力随半径变化的曲线 危险工况组合 Pt ≠0， PS =0，△t=0 σmax≤1.5[σ]t PS≠0，Pt=0，△t ≠ 0 σmax≤3[σ]t PS≠0，Pt=0，△t=0 σmax≤1.5[σ]t Pt ≠0， PS =0，△t ≠ 0 σmax≤3[σ]t PS——壳程压力shell Pt——管程压力tube 管板应力的调整 增加管板厚度 降低壳体轴向刚度 过程设备强度计算软件 SW6 设置膨胀节的作用： （1）膨胀节是挠性构件，其轴向柔度大，在不大的轴向力作用下，可产生较大的轴向变形，可以有效地减小壳体和换热管由于温差产生的热应力。 （2）防止管子与管板连接处不被拉脱。 膨胀节的形式 膨胀节的计算 判断是否需要设置膨胀节 膨胀节的尺寸设计 膨胀节的应力计算和强度校核 GB16749《压力容器波形膨胀节》 判断是否需要设置膨胀节 1、温差引起的轴向力F1 2、介质压力引起的轴向力F2和F3 3、应力评定 壳壁应力 管壁应力 拉脱力 管子稳定性 膨胀节的尺寸设计 膨胀节的应力计算和强度校核 1、内压引起的轴向薄膜应力σ1 2、内压引起的经向薄膜应力σ2 3、内压引起的经向弯曲应力σ3 4、轴向力引起的经向薄膜应力σ4 5、轴向力引起的经向弯曲应力σ5 膨胀节的轴向刚度 纵向流体诱导振动 横向流体 诱导振动 振动产生的不利后果 机械 失效 噪音 管子与管板连接处发生泄漏 管子发生严重弯曲；交变应力导致管子发生疲劳破坏；换热管的摩擦和碰撞；管子通过折流板处的自踞作用；壳程流体压力将增大； 产生强烈的噪音（通常大于150分贝） 激振机理 卡曼涡街 流体弹性激振 流体弹性 激振的特点 自激性 （1）壳程流体的流速达到或超过临界流速 （2）有其它的激振机理存在 流体弹性激振的条件 湍流颤振 湍流颤振主频率与换热管自振频率 相等时会引起换热管共振 声振动 关于声振动 应注意的几点 （1）由于声振强度随壳程流体流速的增大而增大，但达到共振点以后，会随壳程流体流速的增大而减小，所以声振强度不会无限制地增大。 （2）壳程流体的物理性质决定声速，壳程流体为液体时，由于声音在液体中传播速度很高，很少会发生声振动。 （3）声振动在顺排管中比在错排管中更容易发生，在转角正方形排列的管束中最容易发生。 射流转换 节径比≤1.5 优点： （1）强度高，抗拉脱力强。 （2）修理、更换方便。 缺点： （1）焊接残余应力可能导致应力 腐蚀和疲劳破坏。 （2）间隙腐蚀问题。 壳体 防冲挡板：作用？连接方式？ 导流筒：作用？ 导流筒 折流板 折流板：作用？方式？ 三种折流板布置方式的适用场合？？ 各种折流板的适用场合？？ 折流板的布置原则 1、折流板一般应等距布置，尽量靠近壳程进出口接管。 2、折流板最小间距应不小于壳体内直径的1/5，且不小于50mm，最大间距应不大于壳体内直径。 3、折流板管孔与换热管间隙、折流板与壳体内壁间隙不能太大或太小。 4、弓形折流板缺口弦高h一般取 h＝（0.20－0.45）Di，通常取0.25Di。 5、支持板形状与尺寸 按折流板设计。 折流板的安装 d≤14mm时 壳 程 流 路 F 折流杆 新型防振折流杆结构 螺旋防振折流板换热器结构 防短路结构 DN≤500mm时，设一对旁路挡板。 DN=500mm~1000时，设两对旁路挡板。 DN≥1000mm时，设三对旁路挡板。 每隔3~4排换热管设置一根挡管， 折流板缺口处不设挡管。 管 中间挡板一般与折流板点焊固定， 其数量不宜多于4块。 壳程分程 对分流 双分流 GB151 《管壳式换热器》 复习：（思考题） GB151-98计算固定管板式换热器厚度时需要哪些基本考虑？其力学模型是什么？ 影响管板强度 计算的因素 1、管束对管板的约束作用 2、管孔对管板的削弱作用 3、管板周边不布管区对管板应力的影响 4、管板边缘的支承形式和连接结构 5、法兰力距对管板应力的影响 1、把管板当作周边支承、承受均布载荷作用的实心圆平板，应用平板理论得到园平板最大弯曲应力，加入修正系数考虑管孔的削弱作用。 这种设计方法对管板作了很大程度的简化