换热器设计完整版(6)

2020-05-23 15:27

力与应力集中,在运行时可能引起应力腐蚀与疲劳。此外,管子与管板孔之间的间隙中存在的不流动的液体与间隙的液体有着浓度上的差别,还容易产生间隙腐蚀。

除有较大振动及有间隙腐蚀的场合,只要材料可焊性好,强度焊可用其他任何场合。管子与薄管板的连接应采用焊接方法。

(c) 胀焊并用 胀接与焊接方法都有各自的优点和缺点,在有些情况下,例如高温,高压换热器管子与管板的连接处,在操作中受到反复热变形,热冲击,腐蚀及介质压力的作用,工作环境极其苛刻,很容易发生破坏。无论单独采用焊接或是胀接都难以解决问题。如果采用胀焊并用的方法,不仅能改善连接处的抗疲劳性能,而且还可消除应力腐蚀和间隙腐蚀,提高使用寿命。因此目前胀接并用方法已得到比较广泛的应用。

胀焊并用的方法,从加工工艺过程来看,主要有强度焊+密封焊,强度焊+贴胀,强度焊+强度胀等几种形式。这里所说的密封焊是指保证换热管与管板连接密封性能的焊接,不保证强度;贴胀是指为消除换热管与管孔间隙并不承担拉托力的轻度胀接。如强度胀和密封焊相结合,则胀接承受拉脱力,焊接保证紧密性。如强度焊与贴胀相结合,则焊接承受拉脱力,胀接消除管子与管板间的间隙。至于胀焊的先后顺序,虽无统一规定,但一般认为以先焊后胀为宜。因为当采用胀管器时需用润滑油,胀后难以洗净,在焊接时存在于缝隙中的油污在高温下生成气体从焊面逸出,导致焊缝产生气孔,严重影响焊缝的质量。

胀焊并用主要用于密封性能要求较高;承受振动或疲劳载荷;有间

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隙腐蚀;需采用复合管板等的场合。

1.2.4壳程结构

壳程主要由壳体,折流板或折流杆,支持板,纵向隔板,拉杆,防冲挡板,放短路结构等元件组成 (1) 壳体

壳体一般是一个圆筒,在壳壁上焊有接管,供壳程流体进入和排出之用。为防止进口流体直接冲击管束而造成管子的侵蚀和振动,在壳程进口接管处常装有防冲挡板,或称缓冲板。当壳体法兰采用高颈法兰或壳程进出口接管直径较大或采用活动管板时,壳程进出口接管距管板较远,流体停滞区过大,靠近两端管板的传热面积利用率很低,为克服这一缺点,可采用导流筒结构。导流筒除可以减小流体停滞区,改善两端流体的分布,增加换热管的有效换热长度,提高传热效率外,还起防冲挡板的作用,保护管束免受冲击。 (2) 折流板

设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速,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,同时减少结构。在卧式换热器中,折流板还起支撑管束的作用。当工艺上无需折流板要求,而换热管有比较细长时,以及浮头式换热器的浮头端重量较重时或U形管换热器的管束较长,则应考虑设置支持板,以起到防止换热管变形的目的。

常用的折流板形式有弓形和圆盘-圆环形两种,其中弓形折流板有单弓形,双弓形和三弓形三种,各种形式的折流板见图5.根据需要也可采

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用其他形式的折流板与支持板,如堰形折流板。

弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横向流过管束时的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占壳体内直径的百分比来确定。如单弓形折流板,缺口弦高宜取0.20-0.45倍的壳体内直径,最常用的是0.25倍壳体内直径。

对于卧式换热器,壳程为单相清洁液体时,折流板缺口应水平上下布置。若气体中含有少量液体时,则在缺口朝上的折流板最低处开设通液口,;若液体中含有少量气体,则应在缺口朝下的折流板最高处开通气口。卧式换热器的壳程介质为气液相共存或液体中含有固体颗粒,折流板缺口应垂直左右布置,并在折流板最低处开通液口,

折流板一般应按等间距布置,管束两端的折流板应尽量靠近壳程进出口接管。折流板最小间距宜不下于内直径的1/5,且不小于50mm;最大间距应不大于恰提内直径。折流板上管孔与换热管之间的间隙以及折流板与壳体内壁之间的间隙应合乎要求,间隙过大,泄漏严重,对传热不利,还易引起振动;间隙过小,安装困难。

从传热角度考虑,有些换热器使不需要设置折流板的。但是为了增加换热管的刚度,防止产生过大的挠度或引起管子振动,当换热器物之承跨距超过了标准中的规定值时,必须设置一定数量的支持板,其形状与尺寸均按折流板规定来处理。

折流板与支持板一般用拉杆和定距管连接在一起,在大直径的换热器中,如折流板的间距较大,流体绕道折流板背后接近壳体处,会有一部分流体停滞起来,形成了对传热不利的死去。为了消除这个弊病,宜

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采用多弓形折流板。如双弓形折流板,因流体分为两股流动,在折流板之间的流速相同时,其间距只有单弓形的一半。不仅减少了传热死去,而且提高了传热效率。 (3)折流杆

传统的装有折流板的管壳式换热器存在着影响传热的死区,流体阻力大,且易发生换热管振动与破坏。为了解决传统折流板换热器中换热管与折流板的切割破坏和流体诱导振动,并且强化传热提高传热效率,近年来开发了一种新型的管束支撑结构—折流杆支撑结构。该支撑结构有折流圈和焊在折流圈上的支承杆所组成。折流圈可有棒材或板材加工而成,支承杆可有圆钢或扁钢制成。一半4块折流圈为一组,也可采用2块折流圈为一组。支承杆的直径等于或小于管子之间的间隙。因而能牢固地将换热管支承住,提高管束的刚性。 (4)放短路结构

为了防止壳程流体流动在某些区域发生短路,降低传热效率,需要采用放短路机构。常用的放短路结构主要有旁路挡板,挡板,中间挡板。 (a) 旁路挡板 为了防止壳程边缘介质短路而降低传热效率,需增设旁路挡板,以迫使壳程流体通过管束与管程流体进行换热。旁路挡板可用钢板或扁钢制成,其厚度一般与折流板相同。旁路挡板嵌入折流板槽内,并与折流板焊接,通常当壳体公称直径DN≤500mm,增设一对旁路挡板;DN=500mm时,增设两对挡板;DN≥1000mm时,增设三对旁路挡板。 (b) 挡管 当换热器采用多管程时,为了安排管箱分程隔板,在管中心不排列换热管,导致管间短路,影响传热效率。为此,在换热器分程

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隔板槽背面两管板之间设置两端堵死的管子,即挡管。挡管一般与换热管的规格相同,可与折流板电焊固定,也可用拉杆代替。挡管每隔3-4排换热管设置一根但不应设置在折流板缺口处。挡管伸出第一块及最近一块折流板或支持板的长度应不大于50mm。

(c) 中间挡板 在U形管式换热器中,U形管束中心部分存在较大间隙,流体宜走短路而影响传热效率。为此在U形管束的中间通道处设置中间挡板。中间挡板一般与折流板电焊固定。通常当壳体公称直径DNDN≤500mm时,设置一块挡板;500mm≤DN≤1000mm时,设置两块挡板;DN≥500mm时,设置不少于三块挡板。 (5) 壳程分程

根据工艺设计要求,或为增大壳程流体传热系数,也可将换热器壳程分为多程结构。

1.2.5开孔和开孔补强设计

由于各种工艺和结构上的要求,不可避免的要在容器上开孔并安装接管。开孔以后,除消弱器壁的强度外,在壳体和接管的连接处,因结构的连续性被破坏,会产生很高的局部应力,给容器的安全操作到来隐患,因此压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。 (1)补强结构

压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构主要有补强圈补强,厚壁接管补强和整锻件补强三种形式。 (a) 补强圈补强

这是中低压容器应用最多的补强结构,补强圈补强贴焊在壳体与接

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