管殼式換熱器在工業(yè)中用量約占換熱器總量90%,是應用最為廣泛的一種換熱器。
典型管殼式換熱器的結構形式有固定管板換熱器、U型管換熱器、浮頭式換熱器、填料函式換熱器、釜式重沸器、雙管板式換熱器、拉撐管板換熱器、撓性管板換熱器和纏繞管換熱器。
1、外填料函式換熱器
適用設備直徑在DN700mm以下,且操作壓力和操作溫度也不宜過高,一般用于p≤2.0MPa場合。
4.2)有自清洗作用。管、殼程溫差大的場合。
5)不適用于有濕硫化氫場合。
6、雙管板式換熱器
雙管板式換熱器是每一側有二塊管板,換熱管的一端同時與二塊管板連接。主要用于管程和殼程之間介質相混合后,將會產(chǎn)生嚴重后果。但制造困難;設計要求高。
1)防腐蝕:管程和殼程二介質相混合后會引起嚴重腐蝕。
2)勞動保護:一程為劇毒介質,滲入另一程會引起系統(tǒng)大面積污染。
3)安全方面:管程和殼程介質相混合后,引起燃燒或爆炸。
4)設備污染:管程和殼程介質相混合后,引起聚合或生成樹脂狀物質。
5)催化劑中毒:另一程介質混入后造成催化劑性能改變或化學反應。
6)還原反應:管程和殼程介質相混合后,引起化學反應終止或限制。
7)產(chǎn)品不純:管程和殼程介質相混合后,引起產(chǎn)品污染或產(chǎn)品質量下降。
6.1雙管板固定管板換熱器是管板厚度較薄,一般厚度在12~18mm之間。
7.1結構型式有:
(1)貼面式(德國):管板焊在設備法蘭密封面上。
(2)鑲平式(原蘇聯(lián)ГОСТ標準):管板焊在設備法蘭密封面其平。
(3)角焊式(原上海醫(yī)藥設計院研制):管板焊在殼體上。
7.2適用范圍:
1)設計壓力:管程和殼程分別不大于1.0 MPa;
2)溫度范圍:管程和殼程的設計溫度范圍0℃~300℃;換熱管與殼體平均壁溫差不超過30℃;
3)直徑范圍:殼體內(nèi)徑不大于1200mm;
4)換熱管長度:不超過6000mm。
5)換熱管應采用光管,且與殼體材料的線膨脹系數(shù)接近(兩者的數(shù)值差不大于10%)。
7.3、不宜設置膨脹節(jié)。
HG21503-1992《鋼制固定式薄管板列管換熱器》標準中選用“角焊式”和“貼面式”兩種結構。
薄管板的計算以換熱管與殼體對管板是固定支撐,管板是在換熱管與殼體固定支撐下的受壓平板,因此換熱管必須在操作中保持剛性,殼體也不能設置膨脹節(jié),所以管壁與殼壁溫差不能太大,要保證換熱管與殼體的縱向穩(wěn)定。換熱管與管板必須采用焊接,但實際情況下,薄管板亦不能采用脹接辦法,因薄管板的厚度一般為12~16mm左右,如采用脹接時,管板將塑性變形,不能達到強度和密封性的要求。同時要求管板不兼作法蘭,因薄管板承受不了法蘭傳過來的彎矩。因此采用薄管板必須滿足上述要求。
薄管板亦可用于多程換熱器,密封槽和分程槽均可直接開在薄管板上,因管板的強度計算厚度較小,開槽后強度也是足夠的。但角焊式(原上海醫(yī)藥設計院研制)的結構,因薄管板的焊接形式不同,多程時需焊上用以開分程槽的隔板。
由于薄管板與法蘭的連接形式各不相同,因而各有其優(yōu)缺點,現(xiàn)分析如下。
1)受力和強度方面
從管板強度來看,角焊式(原上海醫(yī)藥設計院研制)研制的結構較好,它具有較大靈活性,主要是管板離開法蘭,減少法蘭力矩對管板的影響,從而降低了管板由法蘭螺栓引起的應力。因法蘭力矩引起的管板上應力是主要的,因此減小法蘭力矩引起的應力,相應降低了管板總的應力。法蘭螺柱在預緊時,法蘭變形使管板受到周向壓縮,而管板的周向剛度很大,給法蘭以反力矩,減小了法蘭的變形,亦減小了管板的應力。反力矩的大小決定于管板中心面與法蘭中心面的偏心距e和管板周向剛度。角焊式(原上海醫(yī)藥設計院研制)研制的結構中的e值可由設計者自由選擇,就顯得有較大的靈活性。但e值不能選擇過大,過大增加筒體長度,增加投資。
前蘇聯(lián)的結構,因管板中性面與法蘭中性面接近,受法蘭的力矩最大。德國的結構形式,較優(yōu)于前蘇聯(lián)的結構形式。
2)在防腐蝕方面
從防腐蝕要求來考慮,前蘇聯(lián)的結構無任何優(yōu)點,而德國的結構和角焊式(原上海醫(yī)藥設計院研制)研制的結構各有優(yōu)缺點。當管程介質為腐蝕性介質時,選用德國結構較好,因法蘭與管程腐蝕介質不接觸,而不需選用耐腐蝕材料制造法蘭;當殼程介質為腐蝕性介質時,選用角焊式(原上海醫(yī)藥設計院研制)研制結構較好,這時法蘭與殼程腐蝕介質不接觸,法蘭可選用普通鋼材制造;當殼程和管程介質均為腐蝕性介質,則選用上海醫(yī)藥設計院研制結構較好,因選用該結構時,可選用帶襯環(huán)法蘭,以達到防腐蝕要求。而前蘇聯(lián)的結構無論何種情況,腐蝕介質均要與法蘭接觸,法蘭不能不選耐腐蝕材料。
8、 Ⅰ型管板與殼體(管箱)的連接和Ⅱ型管板與殼體(管箱)的連接適用范圍:
1)管程設計壓力不大于1.0MPa不大于5.0 MPa且殼程壓力應大于管程壓力;
2)Ⅰ型用于管程設計壓力小于或等于0.6MPa;
3)Ⅱ型用于管程設計壓力小于或等于1.0MPa。
4)殼體直徑與換熱管長度分別為2500mm和7000mm。
9、高效纏繞管換熱器
為節(jié)省設備投資,在有限換熱器殼體容積中,布置最大換熱管傳熱面積,提高換熱效率,管殼式纏繞管換熱器應運而生。
10、
1)設計溫度不大于300;
2)公稱直徑不大于與設計壓力的乘積不大于4000。
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