2012-12-2Qingdao university technology18 壳体的壁厚是由环向薄膜应力决定 的,按薄膜理论的应力计算公式即可 求得。对于固定管板换热器由于有热 应力的存在,所以按环向薄膜应力确 定壁厚以后还应视情况校核其轴向应 力。壳体的壁厚应不小于换热器壳体 所规定的最小壁厚。 2012-12-2Qingdao university technology19 箱短节、法兰连接、分程隔板等组成。增加短 节的目的是保证管箱有 必要的深度安放接管和 改善流体分布。分程隔 板厚度的计算及其与管 板间的垫片密封结构应 符合GB151-1999的规 2012-12-2Qingdao university technology20 tubebundle 换热管的尺寸规格:换热管是用于传热的主要元件, 管子尺寸对传热有很大影响,采用 小直径管子时,单位体积的换热面 积会大一些,管内传热系数得到提 高,但制造麻烦、费用高,而且流 体阻力大,易堵塞。 2012-12-2Qingdao university technology21 换热管的排列方式(tube pattern) 管子的排列方式有正三角形排列和正方形排列 两种。在管间距和布管区均相同的条件下,三角 形排列的布管数较多,而正方形排列的管束在相 邻的两排管子之间具有一条直线通道,便于用机 械方法清洗管间,三角形排列不具有这种直线通 道,因而只适用于清洁的壳程介质。 不同的排列方式将会影响到对流传热系数的大小, 采用正三角形排列会获得较高的对流传热系数, 而正方形排列的对流传热系数最低。 2012-12-2Qingdao university technology22 2012-12-2Qingdao university technology23 Tube pitch 管间距指的是相邻两根管子的中 心距,减小管间距可提高对流传热系 数,但受到管板强度和管子与管板连 接工艺要求的限制,其管间距不得小 于GB151-1999所规定的距离。 2012-12-2Qingdao university technology24 (4)最大布管限定圆直径 (Outer tube limit) 最大布管 圆直径应 在GB151- 1999 定的限定圆直径范 2012-12-2Qingdao university technology25 胀接:管子与管板的连接靠的是管板孔收缩产生的残余应力而箍紧管子,因此它会随着温度的升高 而降低,所以胀接连接的使用温度不大于300, 设计压力不超过4Mpa。采用胀接时,管板的硬度 应大于换热管的硬度以保证管子发生塑性变形时管 板仅发生弹性变形。 2012-12-2Qingdao university technology26 管孔不需开槽,其表面粗糙度要求不高,管子端部不需退火和磨光,制造简便。 强度高,抗拉脱力强,可保证气密性要求。缺点是管子更换困难,一般都堵死;焊接的残余应力和 应力集中有可能带来应力腐蚀与疲劳破坏。 强度胀加密封焊,对胀接的要求是承受管子拉脱力,同时保证连接处的密封,焊接仅起到辅助防漏的作用。 强度焊加贴胀,用焊接保证连接处的强度和密封,贴胀是为了消除换热管与管孔间的环隙,防止间隙腐蚀并增 强抗疲劳破坏的能力。 2012-12-2Qingdao university technology27 tube-sheet换热器管板的计算所涉及的因 素非常多,所以非常复杂,一般采 用计算机计算。 管板与壳体的连接以及管板与 管箱的密封连接分别见下图。 2012-12-2Qingdao university technology28 2012-12-2Qingdao university technology29 2012-12-2Qingdao university technology30 1.波形膨胀节的作用:在固定管板换热器中可消除或降低热应力。当壳体 和管子之间的温差较大(60~70 )且壳体承受压力 不太高时,可采用补偿圈(又称膨胀节)。 2.波形膨胀节的设置条件 需从管束与壳体轴向强度、稳定性及管板连接处 的拉脱力三方面考虑。 波形膨胀节的结构形式形式较多,主要为U形。U形膨胀节每一个波的补 偿能力与使用压力、膨胀节的材料及波高、波长等因 素有关。增加波高,补偿能力加大但耐压性能降低。 2012-12-2Qingdao university technology31 作用:折流板是为了提高壳程介质流速,强化传热;对于卧式换热器,还有支撑管束的作用。支持板是为了 支撑管束,防止产生过大的挠度变形。 结构形式:弓形和圆环形。缺口面积根据流速决定。2.间距 折流板间距过大会影响传热效果,支持板间距过大会使换热管产生过大的挠度,其最大间距不得超过GB151的 规定。 3.固定 折流板和支持板是用拉杆固定的,拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘,拉杆的数量与筒体直径及拉杆直径有 2012-12-2Qingdao university technology32 加挡板:增大壳程流体的湍动,提高壳程的α多管程:增大管内流体u,提高管内的α 圆盘形 2012-12-2Qingdao university technology33 圆盘形 2012-12-2Qingdao university technology34 为防止壳程的接管进口处壳程流体对换热管直接冲刷,应设置壳程的防冲板与导流板。 扩大管壳程介质为蒸汽,可采用扩大管起缓冲作用。 排液口与排气口换热器壳程与管程的最高点设排气口,最低点 应设排液口。 2012-12-2Qingdao university technology35 2012-12-2Qingdao university technology36 第十七章 板式塔 第一节 概述 板式塔为逐级接触式气液传质设 备,其结构如图所示,主要由圆柱 形壳体、塔板、溢流堰、降液管及 受液盘等部件构成。 由于塔身高大且多露天放置,其受 力状况为: (1)操作压力;不会传递给裙座; (2)自身重力,不同工况受力不同 (3)风载荷,流体诱发振动; (4)地震载荷。水平方向运动重要 2012-12-2Qingdao university technology37 操作时,塔内液体依靠重力作用,由上层 向流过塔板,从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的 液层。气体则在压力差的推动下,自下而上穿 过各层塔板的气体通道(泡罩、筛孔或浮阀 等),分散成小股气流,鼓泡通过各层塔板的 液层。在塔板上,气液两相密切接触,进行热 量和质量的交换。 2012-12-2Qingdao university technology38 2012-12-2Qingdao university technology39 两相的接触状态是决定板上两相流 流体力学及传质和传热规律的重要因素。 当液体流量一定时,随着气速的增加, 可以出现四种不同的接触状态。 2012-12-2Qingdao university technology40 当气速较低时,气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多,形成的气液混合物基本 上以液体为主,气液两相接触的表面积不大, 传质效率很低。 2012-12-2Qingdao university technology41 随着气速的增加,气泡的数量不断增加。当气泡的形成速度大于气泡的浮升速度时,气泡在液层中累积。 气泡之间相互碰撞,形成各种多面体的大气泡,板上 为以气体为主的气液混合物。由于气泡不易破裂,表 面得不到更新,所以此种状态不利于传热和传质。 2012-12-2Qingdao university technology42 当气速继续增加,气泡数量急剧增加,气泡不断发生碰撞和破裂,此时板上液体大部分以液膜的形式 存在于气泡之间,形成一些直径较小,扰动十分剧烈 的动态泡沫,在板上只能看到较薄的一层液体。由于 泡沫接触状态的表面积大,并不断更新,为两相传热 与传质提供了良好的条件,是一种较好的接触状态。 2012-12-2Qingdao university technology43 当气速继续增加,气体动能很大,把板上的液体向上喷成大小不等的液滴,直径较大的液滴受重力作用又落回到板上,直径较 小的液滴被气体带走,形成液沫夹带。此时塔板上的气体为连续 相,液体为分散相,两相传质的面积是液滴的外表面。由于液滴 回到塔板上又被分散,这种液滴的反复形成和聚集,使传质面积 大大增加,而且表面不断更新,有利于传质与传热进行,也是一 种较好的接触状态。 2012-12-2Qingdao university technology44 降液管(液体通道)平顶型 溢流堰 液接触面积) 开孔区(气体通道)