管壳式换热器讲稿

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1、GB151-1999管壳式换热器换热器是在不同温度物料之间进行热量传递的设备，其主要作用是维持或改变物料的工作温度和相态，满足工艺操作要求，提高过程能量利用效率进行余热回收。换热器广泛地应用在工农业各个领域，在炼油、化工装置中换热器占总设备量和设备投资的40％左右。在换热器设备中，管壳式换热器又是应用最为广泛，使用量最大的换热器型式。GBl51--1999《管壳式换热器》规定了管壳式换热器的结构型式及其相应的设计、制造、检验要求。1GBl51适用范围1.1适用参数GBl51规定了标准的适用参数范围见表1.1。表中同时对比列出了

2、美国TEMA标准的适用参数范围。129表1.1适用参数范围标准DN（mm）PN（MPa）DN·PN注GB151≤2600≤35≤17500（1）TEMA≤2540（100″）≤20.684（3000psi）≤17500（100000）（2）（1）GB151中1.2：超出上述参数范围的换热器也可参照本标准进行设计与制造。（2）TEMARCB-1.11规定这些参数的意图是限定壳壁最厚约为3（76mm）、双头螺栓的最大直径为4″（102mm）。本标准所提出的准则，也可以用于超出上述参数的换热器。标准限定最大设计参数范围是为了避免过于

3、笨重的、结构上的不合理设计。对于超出上述参数范围的换热器，特别是工程中可能遇到的中、低压大直径(超过DN2600mm)换热器，作为设备整体在结构尺寸合理设计的前提下完全可以应用标准给出的设计原则。对于管壳式换热器的关键零部件管板的设计计算，GB151对管板进行了尽可能详尽的力学分析，从本质上讲可以认为就是一种分析设计方法，只是为了能够利用图表公式进行计算在公式推导过程中作了某些简化和结构参数的限定，完全可以用于更大设计参数的管板设计。129仅对管板等个别零部件进行应力分析计算并不等于对换热器进行“应力分析设计”。1.2不适用情

4、况1.直接火焰加热的换热器及废热锅炉；2.受辐射的换热器；3.要求作疲劳分析的换热器；4.有其他行业标准管辖的换热器；5.结构特殊的换热器：对结构特殊、布管和载荷条件特殊、或是操作条件特殊的换热器设计应予以特殊考虑，即采用详细应力分析设计方法，如JB4732附录I给出的计算方法或是有限单元分析设计方法。上述的特殊情况包括：(1)与法兰搭焊连接的固定管板；(2)圆环形管板；(3)周边不布管区较宽(k>1.0)的固定式管板；(4)部分布管或非轴对称布管的管板；129(5)具有非同一换热管径的管板；(6)管程、壳程直径差别较大的换热

5、器；(7)管板、壳体、管箱不是a型连接的浮头式或填函式换热器；(8)程间温差较大的换热器；(9)沿厚度方向温差较大的管板；(10)重量载荷有显著影响的立式换热器。特别要指出：如果是对整台换热器以JB4732进行分析设计，则对选材、制造、检验都应有相应的配套要求。目前在工程实践中只有在极个别情况下，才作这种应力分析设计。1．3设计温度范围设计温度范围按金属材料允许的使用温度确定。主要结构型式及适用条件GB151中所列的管壳式换热器（以下简称换热器）主要有立式有卧式的固定管板式、浮头式、U形管式、一般为卧式的填料函式(和釜式重沸器

6、)五种型式。不属于这五种型式的如折流杆换热器、绕管式换热器等机械设计，也应参照GB151进行设计。129GBl51虽然规定了PN、DN及PNXDN值，但管壳式换热器主要的五种型式中各自的适用参数范围是不同的。2.1固定管板换热器1)．固定管板换热器的主要特点(1)结构简单，制造成本低；(2)排管数比浮头式、U形管式要多；(3)不能抽芯，无法进行机械清洗；(4)因不能单独更换管束，所以维修成本高。2)．使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(实际是管、壳间的热膨胀差)引起的温差应力是设计

7、中的控制因素，因为在固定管板换热器的管板计算中，按有温差的各种工况算出的壳体轴向应力，换热管轴向应力，换热管与管板之间连接拉脱力q中有一项不能满足强度条件时，就需设置膨胀节；而GB12916749《压力容器用波形膨胀节》规定最高使用压力为6.4MPa，故带膨胀节的固定管板换热器使用压力一般不高，而且结构设计和制造也较复杂。目前工程实践中已有使用压力达10MPa的带有形膨胀节的固定管板式换热器。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

8、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。2.2浮头式换热器1)．浮头换热器的主要特点(1)可抽式管束，当换热管为正方形或转角正方形排列时，管束可抽出进行机械清洗，适用于易