列管式换热器设计正文..doc

摘 要 在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不用类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算，并确定换热器的结构尺寸、材料。 列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。 关键词：温度 传热面积 结构尺寸 材料 1.前言 1.1列管式换热器设计的意义 换热器是建筑采热取暖生产中必不可少的设备，近几年由于新技术的发展，各种类型的换热器越来越受工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，广泛应用于化工、医药、食品饮料、酒精生产、制冷、民用等工艺；因此，无论是从工业的发展还是从能源的有效利用，换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。 1.2列管式换热器的工作原理 进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动,称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。　 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。按换热方式可分为单壳程单管程换热器、双管程、多管程、多壳程换热器。 最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样， 管壳式换热器为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。 1.3列管式换热器的优点 单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围 宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。 1.4列管式换热器的结构 壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 1.4.1 列管式换热器的折流挡板 为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺盘和圆盘形两种，前者更为常用。 图1 圆缺形列管式换热器 图2 圆盘形列管式换热器 1.4.2 列管式换热器的多壳程换热器 列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力，根据所采取的温差补偿措施。为了克服温差应力 必须有温差补偿装置 ，一般在管壁与壳壁温度相差60℃以上时，为了安全起见，换热器应有温差补偿装置，但补偿装置（膨胀节），只能在壳壁与管壁温度低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况下。一般壳程压强超过0.6MP时才会由于补偿圈过厚，难于伸缩，失去温差 补偿的作用，就用考虑其他结构。 1.5 列管式换热器的种类 1.5.1 固定管板式换热器 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 1.5.2 浮头式换热器 换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖