管壳式换热器培训讲义.docVIP

管 壳 式 换 热 器 Tubular Hat Echangers 一．基本知识 1 换热器的主要类型 2 管壳式换热器的主要结构型式 固定管板式换热器； 浮头式换热器； U 形管式换热器； 釜式重沸器； 填料函式换热器。 3 固定管板式换热器 固定管板换热器的具体结构，见GB151中P5上的图2。 1） 固定管板换热器的主要特点： 结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题，而且往往是管板兼作法兰。其适用于： 管、壳程温差较大，但压力不高的场合(因为温差大，要加膨胀节，而膨胀节耐压能力差； 管、壳程温差不大，而压力较高的场合； 壳程无法机械清洗，故要求壳程介质干净；或虽会结垢，但通过化学清而能去除的场合； 布管多，锻件少，一次性投资低；但不可更换管束，整台设备往往由换热管损坏而更换，故设备运行周期短。 2） 用压力和温度的限制： 由于换热管、管板和壳体焊在一起，故换热管与壳体间的金属壁温差引起的温差应力是其致命的弱点，因为在固定管板换热器的管板温差应力计算中，要进行以下三个方面的校核： （1）按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力σc； （2）换热管轴向应力σt； （3）换热管与管板之间连接拉脱力q。 上述三项中有一项不能满足强度条件时，就需设置膨胀节。根据工程经验，当壳体与换热管金属温差(注意不是介质温差)高于50℃时一般应设置膨胀节，而GB16749《压力容器用波形膨胀节》规定最高使用压力为6.4MPa,再高要用带加强装置的Ω型膨胀节。故带膨胀节的固定管板换热器使用压力不高，而且结构设计和制造也趋于复杂。 在壁温差很小无需考虑温差应力时，固定管板式换热器也有使用在很高压力的场合，此时往往管板与管箱或管板与壳体做成整体型式，或者管板、管箱(头盖)和壳体三者成为一个整体，如大化肥中的高压甲铵冷凝器的管程压力为15.8MPa ，但一般高压用得比较少，而低压力、大直径固定管板式换热器用得很广泛。 4 浮头式换热器 浮头换热器的具体结构，见GB151中P5上的图1。 1） 浮头换热器的主要特点： 可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行管间机械清洗，适用于壳程易结焦及堵塞的工况； 一端管板夹持，一端内浮头型式可自由浮动，故无需考虑温差应力，可用于大温差的场合； 浮头结构复杂，影响排管数，加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施； 压力试验时的试压胎具复杂。 2） 使用压力和温度的限制 浮头换热器用于炼油行业中较多，但内浮头结构限制了使用压力和温度，故一般情况其使用限制为Pmax≤6.4 MPa; Tmax≤400℃（450℃），当直径大（DN≥1200mm）、同时又压力较高时，浮头端密封结构的设计和制造尤其是浮头内螺柱热松弛始终是个难题，而对壳程为加热介质时，更为突出。 3) 浮头螺柱的安装因操作时无法热紧，要给予特别的注意。 5 U形管式换热器 U形管换热器是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器，其具体结构见GB151中P6上的图3。 U形管换热器的主要特点： U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力，可用于高温差； 只有一块管板，加之法兰的数量也少，故结构简单而且泄漏点少； 可以进行抽芯清洗； 由于弯管Rmim 的限制，分程间距宽，故比固定管板换热器排管少； 管程流速太高时，将会对U形弯管段产生严重的冲蚀，影响寿命，尤其对R小的管子； 换热管泄漏时，除外圈U形管外，不能更换，只能堵管。 6 釜式重沸器 釜式重沸器的的具体结构，见GB151中P7上的图5。 釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束，壳程为单（或双）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体的高，适用于如下场合： 管、壳程温差大； 塔底空间较小； 汽化率要求高(30–80%)； 重沸工艺介质的液相作为产品或分离要求高的场合； 用作蒸汽发生器，对蒸汽品质要求不高安装空间受限制的场合。 7 填料函式换热器 填料函换热器是另一种浮头式换热器，具体结构见GB151中P84上的各图。 它的浮动端采用填料密封的浮动管板，通过浮动管板的自由滑动，来补偿换热管与壳体间的膨胀差。 该结构设备直径不能太大，压力一般不高于2.5 MPa，且不能用于及易挥发、爆炸危险、有毒以及贵重介质。 8 介质在壳程的流动路线 9 壳程焊后需消除应力热处理（PWHT）的固定管板换热器 壳程需要做焊后热处理的固定管板换热器，应先将壳程筒体（连同其上的管口、鞍、支座等等）进行整体焊后热处理，然后在与管板及换热管等组焊完毕后，进行局部热处理。应避免换热器做焊后整体热处理，其原因如下： 在热处理加热升温过程中，壳体受热快，管束受热慢。由于温差的作用，壳体的热膨胀要比管束大，因此壳体伸长会受到管束的约束，使管束受到拉应力，壳体受到较大的