换热器的零部件结构设计

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1、1.绪论换热设备是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药机械及其他许多工业部门广泛使用的通用设备。随着工业的发展，换热设备在能量储存、转化、余热回收以及新能源利用和污染治理中得到广泛应用。1.1换热器的分类1.1.1换热器的分类及特点按照传热方式的不同，换热器可分为三类：1.直接接触式换热器；2.蓄热式换热器；3.间壁式换热器.1.2管壳式换热器的分类及特点管壳式换热器可分为五类：1.固定管板式换热器；2.浮头式换热器3.U形管式换热器；4.填料函式换热器；5重沸器。浮头式换热器的特点浮头式换热器两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，成为浮头。浮头部分是由浮头管

2、板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。适用于壳体和管束之间壁温差较大的或壳程介质易结垢的场合。2.换热器的工艺条件与选型2.1换热器的工艺条件设计条件壳程管程工作介质设计压力工作压力设计温度介质特性换热面积烃循环水-0.0781MPa0.495MPa-0.071MPa0.45MPa80℃60℃易爆/78㎡2.2换热器的选型根据换热器流体的性质和各种管壳式换

3、热器的特点，本回收塔冷却器选用浮头式换热器。3.换热器的零部件结构设计3.1换热管3.1.1换热管的材料、形式及尺寸回收塔冷却器采用光管，因为光管加工方便、价格便宜。根据换热流体的性质选用Φ25mm×2.5mm长度L=60000mm的20号无缝钢管作为换热管的材料。根据GB151-89表3-11（a）I级换热器换热管外径允许的偏差是Φ25±0.20管板管孔允许的偏差是Φ。3.1.2换热管的排列方式及管心距如图所示，换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。本换热器壳程流体的性质属于易结垢，因此采用转角正方形排列。根据GB151-1989表3-7

4、规定管心距为S=32mm分程隔板两侧相邻管中心距Sn=44mm。3.1.3换热管根数根据流体性质选用规格为Φ25mmx2.5mm长L=6m的换热管，换热面积F=78m2则换热管根数（3-1）考虑到换热过程中有热量的损失和拉杆的布置，实际管数取176根。3.1.4换热管布管限定圆布管限定圆根据GB151表3-8确定。=600＜1000，b＞3,取b=4，取b1=3,b2=bn+1.5=13.5且=6.25,∴bn≥10,∴b2=13.5=600-2×（3+13.5+4）=559mm3.1.5管程数和壳程数及形式管程数有1～8程几种，常用的为1、2或4管程。本回收塔冷却器采用2管

5、程。壳程一般可分为单壳程换热器、分流式换热器和双分流式换热器，本回收塔冷却器采用1壳程。3.1.6换热管与管板的连接换热管与管板的连接方法主要有强度胀接、强度焊接和胀焊并用。由于回收塔冷却器壳程介质易爆要求密封性能较高所以采用胀焊并用的连接方法。3.2折流板与支持板设置折流板的目的是为了提高壳程流体流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结垢。根据本回收塔冷却器的工艺条件和流体性质采用单弓形折流板。3.2.1折流板的材料的选取壳程设计温度80℃设计压力Pc＝-0.0781MPa,根据GB150-1998选取Q235-B钢板为折

6、流板材料。3.2.2折流板的布置本回收塔冷却器壳程介质为烃，含有少量液体，则在缺口朝上的折流板最低处开设通液口，结构如图3-2a所示。图3-2单弓形折流板缺口弦高h一般取0.20～0.45倍的圆筒内直径，h=（0.20～0.45）Di=（0.20～0.45）×600=120～170=150.3.2.3折流板的间距折流板的最小间距应不小于圆筒内直径的五分之一即ι≥0.2Di=0.2×600=120mm最大间距l不大于圆筒的内直径即ι≤Di=600mm，且满足GB151-1989表3-22折流板的最大无支承跨距的要求即折流板的最大无支承跨距是1900mm。根据经验取折流板数量是8

7、块，间距ι=450。3.2.4折流板的厚度折流板厚度与壳体直径、换热管无支承长度有关，根据GB151-1989表3-19折流板的最小厚度是5mm取厚度δ＝8mm。3.2.5折流板管孔根据GB151-1989表3-20（a）查的折流板管孔外直径是25.08管孔直径允许的偏差是。3.2.6折流板与壳体间隙根据GB151-89表3-21选取折流板名义外直径D=DN-4.5=600-4.5=595.5mm折流板外直径允许偏差是-0.8。3.2.7支持板浮头式换热器的浮头端必须设置支持板，用来支持换热管管束以防止