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換熱設備
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?管殼式換熱器設計內容介紹

2021-03-15 15:22:18

管殼式換熱器分為以下兩種類型。

  一、硬質結構的管殼式換熱器:這種換熱器又變成固定管板式,一般分為單管程和多管程兩種。其優點是結構簡單緊湊,成本低,適用面廣;缺點是管外無法進行機械清洗。

  具有溫差補償裝置的管殼式換熱器,可使受熱部位自由膨脹。這種結構形式也可以分為:

  浮頭式熱交換器:這種熱交換器的管板一端可自由伸縮,稱為“浮頭”。用于管壁及殼壁溫差較大,管束空間清潔頻繁。但是其結構比較復雜,加工制造成本也比較高。

  U形管式換熱器:只有一塊管板,所以在加熱或冷卻時,管子可以自由伸縮。該熱交換器結構簡單,但制造彎管的工作量較大,而且由于需要具有一定的彎管半徑,管板利用率低,難以對管子進行機械清洗,拆換管子也不容易,因此要求管子內的流體是干凈的。該換熱器適用于溫差變化大、高溫、高壓等場合。

  c.填充函數式換熱器:它有兩種形式,一種是在管板上每根管的端部分別用填充密封,保證管子能自由伸縮,當管子數較少時,才采用這種結構,但管距較大,結構復雜。二是將管端與管殼一端做成浮式結構,在浮動處采用整填函密封,結構簡單,但這種結構在直徑大、壓力高的情況下不易使用。目前很少使用填料式換熱器。

管殼式換熱器


設計條件審查:

  一、用戶應提供設計條件(工藝參數)的換熱器設計:

  (一)管道和殼程的工作壓力(必須提供),作為判斷設備是否上料的條件之一。

  b管子和殼體的工作溫度(進/出)

  金屬壁溫(按工藝計算(用戶提供))

  材料的名稱和特性。

  7)腐蝕容限。

  程數。

  換熱區域。

  換熱管規格,排列方式(三角形或正方形)

  折流板或支撐板的數量。

  隔熱材料和厚度(以確定銘牌座的突出高度)

 ?、晖苛希孩?如果用戶有特殊要求,請提供產品的牌號、顏色。

  用戶無特殊要求,由設計者自行選擇。

  2.若干重點設計條件。

  工作壓力:必須提供,作為判斷設備是否上料的條件之一。

  材料性質:如果用戶不提供材料名稱,則必須提供該材料的毒性等級。

  由于介質的毒性程度與設備的無損檢測,熱處理,鍛造等有關。

  在高級設備中,也涉及到對設備的劃分。

  (a)GB15010.8.2.1(f)圖樣中標明有毒性的介質有極端危險或有高度危險。

  百分之百的RT容器。

  b.10.4.1.3圖樣表明,容器中裝有毒性極高或危險性極高的介質,應進行焊后熱處理(不能采用奧氏體不銹鋼的焊接接頭)

  (c)鍛件.對于毒性極高或危險性極高的使用介質,其鍛件應符合Ⅲ或Ⅳ要求。

  c管道規格:

  碳鋼中常見的19×2,25×2.5,32×3,38×5都是碳鋼。

  不銹φ19×2,φ25×2,φ32×2.5,φ38×2.5。

  換熱管排布形式:三角形、轉角三角形、方形、轉角方形。

  當需要機械清洗換熱管間時,應采用正方形布置。

  確定了基本的設計參數。

  設計壓力、設計溫度、焊接接頭系數。

  二、直徑:DN<400,管子采用鋼管。

  采用鋼板卷制DN≥400的圓筒。

  十六"鋼管------與用戶協商采用鋼板卷制。

  3.布局說明:

  按換熱管的傳熱面積和規格布圖,確定換熱管的數量。

  如使用者提供布管圖,還應檢查布管是否在布管限定圈內。

  ★布管原則:

  在布管限定圓內填塞管子;

  2.多道工序的每道工序數量應盡可能相等。

  換熱管應對稱布置。

  四、材料。

  當管板本身是凸肩的,并且與圓筒(或封頭)連接時,應該使用鍛件。因為采用這種結構的管板一般用于壓力較高、易燃、易爆,且毒性程度為極端、高度危害的場合,對管板要求高,管板厚度也較厚。為了避免凸肩部位產生加渣分層現象,改善凸肩部位纖維受力的狀況,減少加工量,節省材料,采用凸肩與管板直接鍛造的整體鍛造件制造管板。

  五、熱交換器與管板的連接。

  管與管板之間的連接是管殼式換熱器設計中的重要結構部分。不但要處理大量的工作,而且要使各接頭處于設備運行狀態,確保介質不漏水,并能承受介質壓力。

  管與管板之間的連接方式主要有以下三種:a脹接;b焊接;c膨脹焊。

  膨脹管與管殼之間的介質泄漏不會造成不良后果的情況下,尤其適用于材料可焊性差的情況(如碳鋼換熱管)和工廠中的超負荷工作。焊接時膨脹端處于塑性變形狀態,存在殘余應力,殘余應力隨溫度升高而消失;

  如此使得管道端部的密封性和粘結強度的作用降低,因此脹接結構受壓力和溫度的限制,一般適用于設計壓力≤4Mpa,設計溫度≤300度,且在使用過程中不會產生劇烈的振動,溫度變化過大,不會產生明顯的應力腐蝕;

  本實用新型生產簡單,效率高,連接可靠。由于焊管對管板具有良好的增將作用,而且還具有可降低管孔加工要求、節省加工工時、檢修方便等優點,故應優先采用。

  另外,當介質毒性很大,且介質與空氣混合容易發生爆炸,有放射性的介質或管內、管外的材料混合將產生不良影響時,為保證接頭的密封性,也常采用焊接的方法。這種焊接方法雖然有許多優點,但卻不能完全避免“縫隙腐蝕”和焊接節點的應力腐蝕,而且很難在薄壁管和厚壁管板之間獲得可靠的焊接。

  雖然較膨脹的焊接方法可以使溫度更高,但由于高溫循環應力的作用,焊口極易出現疲勞裂紋,列管與管孔之間存在間隙,受腐蝕介質的侵蝕,列管與管孔之間會加速接頭的損壞。

  由此產生了焊接與脹接同時進行的方法。這不僅可以改善接頭的抗疲勞性能,而且還可以減少縫隙腐蝕,因此它比單一的焊接方式的使用壽命要長。焊接與脹接并用在什么場合下適用,目前還沒有一個統一的標準。

  當溫度較低、壓力較高或介質極易泄漏時,通常采用強度膨脹加密封焊(密封焊是指僅靠防止泄漏而不保證強度的焊接)。如果壓力和溫度都很高,則采用強度焊加膨脹法,(強度焊是一種即使焊縫比較緊,也能保證接頭具有較大的拉脫力的焊接,通常是指焊縫強度等于管軸向負荷強度的焊接)。

  膨脹的作用主要是消除焊縫間隙腐蝕,提高焊縫抗疲勞性能。特殊結構尺寸標準(GB/T151)中已有規定,這里不再詳細說明。

  對管孔表面粗糙度要求:

  在換熱管與管板焊接連接時,管的表面粗糙度值Ra不大于35uM。

  當單一換熱管與管板接合時,當管孔表面粗糙度Ra值不大于12.5uM時,當管孔表面不應有任何影響脹接緊密性的缺陷,例如縱向或螺紋刻痕貫穿。

  第四,設計計算。

  1.殼體壁厚的計算(包括管箱短節、封頭、殼程筒體的壁厚計算),管、殼程序筒體的壁厚應符合GB151的小壁厚要求,碳素鋼和低合金鋼的小壁厚應按腐蝕余量C2=1mm計算,在C2大于1mm時,殼體的小壁厚應相應增加。

  開孔補強計算。

  對筒體采用鋼制管理時,建議采用整體加固法(增加筒體壁厚或采用厚壁管);對較厚的管箱開大孔時,應考慮綜合經濟效益。

  無需單獨補強就能滿足的幾個要求:

 ?、谠O計壓力≤2.5Mpa。

  2相鄰兩個孔的中心距不得小于兩個孔直徑和和的兩倍。

 ?、酃茏庸Q直徑≤89mm。

 ?、苄”诤駪媳?-1(1mm的接管腐蝕裕量)的要求。

  三、法蘭。

  裝備法蘭采用標準法蘭時應注意法蘭與墊片、緊固件相匹配,否則法蘭應作計算。例如,標準中甲型平焊法蘭所配的墊片是非金屬軟墊片,而卷繞墊片則是法蘭所需的。

  四、管板。

  有一些問題需要注意:

 ?、俟馨逶O計溫度:按照GB150和GB/T151的規定,管子內的金屬溫度應為不低于管件金屬溫度。


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