管殼式換熱器主要有固定管板換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式的浮頭換熱器等結(jié)構(gòu)型式，固定管板換熱器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，能得到較小的殼體內(nèi)徑，管程可分成多樣，殼程也可用縱向隔板分成多程，規(guī)格范圍廣等優(yōu)勢(shì)在工程中得到了廣泛應(yīng)用。今天帶大家一起以固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)為例，深入了解管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)。
固定管板換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖
管箱
管箱結(jié)構(gòu)
常見(jiàn)的管箱結(jié)構(gòu)大致可以分為以下幾類，如上圖所示。
A 型管箱可用于單管程和多管程，優(yōu)點(diǎn)是便于清洗換熱器的管程；缺點(diǎn)是管箱蓋結(jié)構(gòu)用材較多，當(dāng)尺寸較大時(shí)，需要鍛件，故建議A 型管箱宜用于DN≤900mm 的場(chǎng)合。
B 型管箱用于單管程和多管程，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造；缺點(diǎn)是檢修和清洗管程的換熱管內(nèi)時(shí)，需將管箱上的接管法蘭和設(shè)備法蘭拆開(kāi)，并取下整體管箱。
C 型管箱該管箱是多管程換熱器的返回管箱。
D 型管箱該管箱用于單管程換熱器的進(jìn)出口管箱。
管箱平蓋是管箱的重要組成部分，不同的平蓋可以根據(jù)用途、材料耗費(fèi)、方便清潔等方面進(jìn)行選擇。
管箱平蓋的結(jié)構(gòu)型式如圖所示
a) 圖1為整體結(jié)構(gòu)的管箱蓋，主要用于管箱為碳鋼或低合金鋼材料的場(chǎng)合。
圖1 整體結(jié)構(gòu)的管箱蓋
b) 圖2 為復(fù)合結(jié)構(gòu)的管箱蓋，用于管箱為不銹鋼或耐蝕合金材料的場(chǎng)合。
圖2 復(fù)合結(jié)構(gòu)的管箱蓋
c) 圖3 是采用襯板塞焊的管箱蓋，但不適用于真空狀態(tài)的場(chǎng)合。
圖3 襯板塞焊的管箱蓋
整體結(jié)構(gòu)管箱蓋的有效厚度應(yīng)等于管箱蓋的實(shí)際厚度減去管箱腐蝕裕量或管箱腐蝕裕量與分程隔板槽深度的大值。對(duì)于復(fù)合管箱蓋和襯層管箱蓋，其復(fù)合層或襯層厚度不包括在有效厚度之內(nèi)。
管板
根據(jù)管板與管箱、殼體的連接結(jié)構(gòu)，管板可分為：
a) 延長(zhǎng)部分兼作法蘭的固定管板。
b) 不兼作法蘭，且與殼程、管程筒體焊成一體的固定管板。
如下圖所示：
根據(jù)管板的使用功能（用途），管板分為：
a) 固定管板換熱器的固定管板；
b) 浮頭換熱器的固定管板和浮動(dòng)式管板；
c) U 形管式換熱器的固定管板；
d) 雙管板換熱器的雙管板；
e) 薄管板。
波形膨脹節(jié)
在固定管板換熱器中，為避免殼體和換熱管拉伸破壞，換熱管失穩(wěn)，換熱管從管板上拉脫，因此，必須在殼體中間設(shè)一撓性補(bǔ)償元件——膨脹節(jié)，以降低殼體與換熱管的軸向載荷，且可降低熱膨脹差所引起的管板應(yīng)力，從而適當(dāng)?shù)販p薄管板厚度。
換熱器用膨脹節(jié)的型式
膨脹節(jié)的形式較多，按截面的形狀，有U 型、Ω形，S 型等，在固定管板式換熱器中，采用最多也最普遍的是U 形波形膨脹節(jié)。
U 形膨脹節(jié)主要由波形管、直邊段兩部分組成，需要時(shí)還可能設(shè)內(nèi)襯筒，加強(qiáng)環(huán)等，見(jiàn)圖所示：
換熱器用膨脹節(jié)也可分為單層和多層膨脹節(jié)
a) 對(duì)于固定管板換熱器，在保證設(shè)計(jì)要求的承載能力，補(bǔ)償呈剛度和疲勞壽命的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用單層波形膨脹節(jié)。
b) 在下列情況子下，可選用多層波形膨脹節(jié)
1）須承受較高壓力，且要求較大的位移補(bǔ)償能力；
2）承受較高的疲勞壽命的要求；
采用多層波形膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下：
1) 柔性好，補(bǔ)償能力高；
2) 疲勞壽命比單層結(jié)構(gòu)高（國(guó)外資料介紹是單層的6 倍）；
3) 結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料；
4) 在高壓情況下，不會(huì)突然破裂，不易有危險(xiǎn)性。
換熱管
換熱管是換熱器的核心部分，不同的管徑、形狀、排列形式的換熱管等都會(huì)影響換熱器的效率。
管徑
換熱管的推薦定尺長(zhǎng)度為1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12.0m。
換熱管的常用規(guī)格見(jiàn)下表1
表1 換熱管的常用規(guī)格
形狀
U 形換熱管
U 形管彎管段的彎曲半徑R（如下圖所示）應(yīng)不小于兩倍的換熱管外徑，常用換熱管的最小彎曲半徑R min 按表2選取。
表2 換熱管的最小彎曲半徑
換熱管外徑 | 10 | 14 | 19 | 25 | 32 | 38 | 45 | 57 |
R min | 20 | 30 | 40 | 50 | 65 | 76 | 90 | 115 |
當(dāng)U 形管內(nèi)流速過(guò)高或有腐蝕時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加厚彎管半徑較小的U 形管的壁厚。
換熱管的排列形式
換熱管標(biāo)準(zhǔn)的排列形式見(jiàn)圖
a） 三角形排列
三角形排列（包括正三角形排列和轉(zhuǎn)角三角形排列）是最為普遍的排列形式，特別是用在殼程介質(zhì)較清潔，換熱管外不需要清洗的固定管板換熱器中。
b） 正方形排列
正方形排列一般多用于需對(duì)換熱管外進(jìn)行清洗的浮頭換熱器和U 形管換熱器中。
c） 正三角形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列（見(jiàn)圖a、d），在傳熱上稱為錯(cuò)列，介質(zhì)流動(dòng)時(shí)可形成湍流，對(duì)傳熱有利。而轉(zhuǎn)角三角形和正方形排列（見(jiàn)圖b、c）在傳熱上稱為直列，介質(zhì)流動(dòng)時(shí)有一部分是層流，對(duì)傳熱有不利影響。
因此，對(duì)于無(wú)相變的換熱器，因其傳熱與介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)關(guān)系較大。故宜采用正三角形或轉(zhuǎn)角正方形排列。對(duì)于有相變的冷凝器，因?yàn)閭鳠崤c介質(zhì)的流動(dòng)關(guān)系較小，僅與管壁凝液流動(dòng)方向的關(guān)系較大，一般可采用轉(zhuǎn)角三角形和正方形排列。
殼程結(jié)構(gòu)
常見(jiàn)的典型的殼程元件組成見(jiàn)表3
表3 常見(jiàn)的典型的殼程元件組成
折流板
折流板的作用
a）增加殼程管間的介質(zhì)流速，提高傳熱效果。
b）對(duì)換熱管起支承作用。
c）調(diào)整折流板間距，對(duì)避免管束誘發(fā)振動(dòng)有一定的作用。
折流板的形狀
常用的折流板和支持板的形狀有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種。此外根據(jù)需要還有其它形式的折流板和支持板，如矩形孔圓板和矩形擋板等，見(jiàn)圖所示：
a） 單弓形折流板（圖 a）：是最常采用的一種形式，其形式簡(jiǎn)單，但壓降較大。
1) 上下排列（水平切口）即指物料進(jìn)口與弓形缺口是成垂直設(shè)置的，以造成介質(zhì)的劇烈擾動(dòng)來(lái)增大傳熱系數(shù)。
2) 左右排列（豎直缺口）是指物料進(jìn)口與弓形缺口是成平行設(shè)置的。多用于臥式冷凝器或蒸發(fā)器，便于冷凝液和氣體的流動(dòng)。
3) 轉(zhuǎn)角排列，一般用于換熱管正方形排列，可使流體形成湍流，以提高傳熱效率。
b） 雙弓形（圖b）和三弓形折流板（圖c）：適用于殼程流量較大的物流，或殼程流體為密度低的低壓時(shí)，此時(shí)壓降會(huì)有大的下降，而傳熱系數(shù)的下降要小得多；同時(shí)這種形式還有利于防止介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中誘發(fā)的振動(dòng)。
c）圓盤—圓環(huán)形折流板（圖d）：由圓盤和圓環(huán)交錯(cuò)排列，介質(zhì)流動(dòng)特征是與軸心對(duì)稱。
d）矩形折流板（圖e）：矩形折流板可橫放，也可豎放，而橫放一般用于殼程介質(zhì)為氣相時(shí)，豎放用于殼程介質(zhì)為液相或有冷凝液的場(chǎng)合。這兩種形式通常在大直徑和大流量情況下采用。
拉桿和定距管
折流板、支持板的固定一般采用拉桿或拉桿和定距管與管板固定。常用的固定結(jié)構(gòu)有兩種，即拉桿定距管結(jié)構(gòu)和點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖所示：
a） 拉桿定距管結(jié)構(gòu)，用于換熱管外徑大于或等于 19mm 的管束。
b） 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，用于換熱管外徑小于或等于 14mm 的管束。
拉桿的尺寸
拉桿的連接尺寸按圖所示和表4確定。
表4 拉桿尺寸
拉桿的布置
雙殼程結(jié)構(gòu)
在殼程內(nèi)安裝一平行于換熱管軸線的矩形平板，即縱向隔板，將殼程一分為二，即雙殼程，見(jiàn)圖所示。這種結(jié)構(gòu)可以提高殼程物料流速，改善傳熱效果，即提高傳熱系數(shù)，從經(jīng)濟(jì)角度，一臺(tái)雙殼程換熱器比兩臺(tái)單管程換熱器便宜。
今天主要介紹了管殼式換熱器中固定管板式換熱器的，因?yàn)閾Q熱的零部件結(jié)構(gòu)很多都是通用的，今天做的這些零部件結(jié)構(gòu)有的不太詳細(xì)，希望網(wǎng)友一起來(lái)完善更多的零部件結(jié)構(gòu)。
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