1、第一章概述第一節(jié)緒言一、本課程的任務(wù)了解壓力容器的基礎(chǔ)知識；掌握壓力容器的一般設(shè)計方法，重點掌握設(shè)計的基本原理與思路。（說明： 由于工業(yè)生產(chǎn)中約 10%40% 的設(shè)備為換熱設(shè)備，而換熱設(shè)備中最為常見、普遍的是管殼式換熱器，故在本課程中我們將以管殼式換熱器為例，學(xué)習(xí)壓力容器的具體設(shè)計方法，包括選擇材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計，受壓元件的強度計算，以及設(shè)計、制造、檢驗中的相關(guān)要求等。）二、本課程的要求通過這門課程的學(xué)習(xí)，要求同學(xué)們掌握如下的內(nèi)容：1、掌握壓力容器的類型與總體結(jié)構(gòu)；2、了解管殼式換熱器的形式與總體結(jié)構(gòu)；3、掌握管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)知識；4、了解管殼式換熱器各元件的強度設(shè)計（掌握筒體及封頭的

2、設(shè)計）；5、了解管殼式換熱器中的振動與防振；6、了解管殼式換熱器的設(shè)計以、制造、檢驗中的相關(guān)要求。第二節(jié)化工容器概述一、壓力容器的概念1化工設(shè)備 工藝過程中靜止設(shè)備的總稱。2容器 化工設(shè)備外殼的總稱。3壓力容器 承受壓力載荷作用的容器。（由于化工容器幾乎都承受壓力載荷，通常直接稱其為壓力容器?；と萜鞯奶攸c：為高溫、高壓，介質(zhì)易燃易爆、有毒。 ）二、化工容器的結(jié)構(gòu)組成化工容器一般由筒體、封頭、支座（基本件）、接管、法蘭 （對外連接件） 、人孔、手孔、 液面計 （附件）以及一些內(nèi)構(gòu)件等零部件組成。1筒體、封頭 ：就如同房子四周的墻，它是構(gòu)成容器空間的主要部件（屬主要受壓元件）。殼體按形狀的不同，

3、可以分為圓筒殼體、圓錐殼體、球殼體、橢圓殼體、矩形殼體等等。而封頭有橢圓形封頭、半球形封頭、碟形封頭、錐形封頭及平板封頭等。2接管 ：是介質(zhì)進出容器的通道。3法蘭 ：是容器及接管的可拆連接裝置，分為設(shè)備法蘭和管法蘭（屬主要受壓元件）。4支座 ：是用于支承容器的部件。5人孔、手孔：是為便于制造、檢驗和維護管理而設(shè)置的部件（屬主要受壓元件）。6液面計 ：用于觀察或監(jiān)控液位的部件（屬安全附件，此外還有安全閥、壓力表等）。三、化工容器的分類容器的分類方法很多，可以按生產(chǎn)過程中的作用原理分，也可以按容器形狀、承壓性質(zhì)、 結(jié)構(gòu)材料、設(shè)計壓力高低及安全監(jiān)察要求分。按材料分類：金屬容器、非金屬容器、復(fù)合材料容

4、器等.按容器形狀分類：矩形容器、球形容器、圓筒形容器等。按承壓性質(zhì)分類：內(nèi)壓容器和外壓容器兩種。（ 1）外壓容器是指容器外部壓力大于內(nèi)部壓力的情況，特別地，當(dāng)外壓為常壓時的外壓容器，又稱為真空容器。（ 2）內(nèi)壓容器是指容器內(nèi)部的壓力大于外部壓力的容器。按設(shè)計壓力高低分類：內(nèi)壓容器按其設(shè)計壓力高低，可分為：低壓容器、中壓容器、高壓容器、超高壓容器容器分類設(shè)計壓力 (Mpa)低壓容器0.1 P 1.6中壓容器1.6P10高壓容器10 P 100超高壓容器P 100按照在生產(chǎn)過程中的作用原理分類：反應(yīng)容器、換熱容器、分離容器和儲存容器四種（ 1）反應(yīng)容器：完成介質(zhì)的物理、化學(xué)反應(yīng)。如：合成塔、反應(yīng)釜

5、、聚合釜、反應(yīng)器、發(fā)生器等。（ 2）換熱容器：完成介質(zhì)的熱量交換。如：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐等。（ 3）分離容器：完成介質(zhì)的壓力平衡和氣體凈化等。如：分離器、過濾器、緩沖器、洗滌器、吸收塔等。（ 4）儲存容器：盛裝生產(chǎn)生活用的原料氣體、液體、液化氣體等。如：各種貯槽、貯罐、高位槽、槽車等。按安全監(jiān)察要求分類：根據(jù)容器承受的壓力、介質(zhì)危害程度、 P*V 乘積及生產(chǎn)過程中的重要性，可以分為：一、二、三類容器。（展開講述）四、化工容器機械設(shè)計的基本要求容器的設(shè)計，包括零部件的機械設(shè)計，應(yīng)該滿足下面八個方面的基本要求：1、強度 元件能抵抗外力破壞的能力；2、剛度 構(gòu)件抵抗外力使其不

6、發(fā)生變形的能力；3、穩(wěn)定性 容器在外力作用下維持其原有形狀的能力；4、耐久性 滿足容器的使用年限的要求；5、密封性 保證安全和維持正常的操作條件；6、節(jié)省材料和便于加工制造；7、方便操作和便于運輸；8、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)合理。五、容器零部件的標(biāo)準(zhǔn)化所謂標(biāo)準(zhǔn)化 ，就是為了提高產(chǎn)品的設(shè)計制造質(zhì)量及效率、增加互換性、便于維修、降低成本而人為規(guī)定將零部件按參數(shù)等級而系列化的行為。容器標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)是：公稱壓力PN、公稱直徑DN。1、容器的公稱直徑對于鋼板卷制的筒體和及其封頭內(nèi)徑對于無縫鋼管制作的筒體及其封頭外徑2、法蘭的公稱直徑是指與它相配的筒體或管子的公稱直徑。法蘭的公稱壓力為法蘭的標(biāo)準(zhǔn)化而人為等級化了

7、的壓力系列。 （簡述標(biāo)準(zhǔn)法蘭選取 : 類型、密封面、PN與 DN、允許最高無沖擊工作壓力。 ）3、管子的公稱直徑是指與管子外徑相對應(yīng)的值.第三節(jié)管殼式換熱器的形式和總體結(jié)構(gòu)一、換熱器的分類換熱器是用于將高溫流體的熱量向低溫流體傳輸?shù)膫鳠嵩O(shè)備的總稱， 它廣泛用于石油、 化工、電力、食品等工業(yè)部門，并且占有相當(dāng)重要的地位。換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。（ 1）按其用途： 可將換熱器分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器等；（ 2）按其傳熱方式和作用原理： 可分為混合式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器等。其中間壁式換熱器為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。它按傳熱面形狀可分為管式換熱器

8、、板面式換熱器、擴展表面換熱器等。這其中又以管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛，它通過換熱管的管壁進行傳熱。具有結(jié)構(gòu)簡單牢固、制造簡便、使用材料范圍廣、可靠程度高等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。（在著重介紹管殼式換熱器后，簡要介紹其他類型換熱器：混合式；蓄熱式；板式；管翅式；套管式；螺旋管式等）二、管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu)1、管殼式換熱器的主要元件：殼體、前后管箱、管板、管束、折流板或支持板、接管、法蘭、（包括管法蘭與容器法蘭）支座及附件等組成。2、管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu)一般由前端管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)三部分組成。（ 1）前端管箱是指有管程入口的那一則的管箱。（ 2）后端結(jié)構(gòu)是指與前端管箱相應(yīng)的另一

9、則的管箱結(jié)構(gòu)。（ 3）殼體是指處于前端管箱和后端結(jié)構(gòu)之間、由鋼管或金屬板焊接而構(gòu)成的筒體。換熱管置于由殼體圍成的空間中，兩端與管板相連，管板與殼體及管箱相連，把換熱器分為兩大部分空間，即殼程和管程。3、管程與殼程分程的目的：提高流速以提高傳熱系數(shù)，但程數(shù)不宜太多。管程 換熱器中的換熱管內(nèi)及與換熱管相通的空間，稱為管程。殼程 換熱器中的換熱管外及與其相通的空間，稱為殼程。4、管程數(shù)與殼程數(shù)管程數(shù) 指介質(zhì)在換熱管內(nèi)沿換熱管長度方向往返的次數(shù)。一般為偶數(shù)，主要有1、2、4、6、 8、10、 12 等。殼程數(shù) 指介質(zhì)在殼程內(nèi)沿殼體軸向往返的次數(shù)。一般為單殼程，最多雙殼程。（說明多折流板不表示多殼程，強

10、調(diào)軸向往返次數(shù)）幾點說明： 1、不是所有管殼式換熱器都有后端管箱，如 U 形管式換熱器則沒有后端管箱。 2、多管程換熱器在后管箱上無物料進出口。3、管殼式換熱器支座臥式時為鞍式支座，而立式時為耳座（也可為其他類型，但一般不用）。 4、管箱詳細結(jié)構(gòu)第四章介紹。三、管殼式換熱器的形式（講述時針對教材中例圖重點講明各種換熱器的特點及其原因）管殼式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U 形管式換熱器、填料函式換熱器、釜式重沸器等。1、固定管板式換熱器組成：管箱、管板、換熱管、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管等。結(jié)構(gòu)特點：管板與殼體之間采用焊接連接。兩端管板均固定，可以是單

11、管程或多管箱，管束不可拆，管板可延長兼作法蘭。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在相同管束情況下其殼體內(nèi)徑最小，管程分程較方便。缺點：殼程無法進行機械清洗，殼程檢查困難，殼體與管子之間無溫差補償元件時會產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，即溫差較大時需采用膨脹節(jié)或波紋管等補償元件以減小溫差應(yīng)力。2、浮頭式換熱器組成：管箱、管板、換熱管、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管、鉤圈、浮頭蓋等。結(jié)構(gòu)特點： 一端管板與殼體固定，另一端管板 （浮動管板） 與殼體之間沒有約束，可在殼體內(nèi)自由浮動。只能為多管程，布管區(qū)域小于固定管板式換熱器，管板不能兼作法蘭，一般有管束滑道。優(yōu)點：不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，浮頭可拆分，管束易于抽出或插入，便

12、于檢修和清洗。缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，操作時浮頭蓋的密封情況檢查困難。3、 U 形管式換熱器組成：管箱、管板、U形換熱管、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管等。結(jié)構(gòu)特點：只有一個管板和一個管箱，殼體與換熱管之間不相連，管束能從殼體中抽出或插入。只能為多管程，管板不能兼作法蘭，一般有管束滑道?？傊剌p于固定管板式換熱器。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，外層管清洗方便。缺點：管內(nèi)清洗因管子成 U 形而較困難，管束內(nèi)圍換熱管的更換較困難，管束的固有頻率較低易激起振動。4、填料函式換熱器組成：管箱、管板、管束、殼體、折流板或支撐板、拉桿、定距管、填料函等。結(jié)構(gòu)特點：一側(cè)管箱可以滑動，殼體與滑動管箱

13、之間采用填料密封。管束可抽出，管板不兼作法蘭。優(yōu)點：填料函結(jié)構(gòu)較浮頭簡單，檢修清洗方便；無溫差應(yīng)力， （具備浮頭式換熱器的優(yōu)點，消除了固定管板式換熱器的缺點） 。缺點：密封性能較差，不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒介質(zhì)。（簡單介紹滑動管板式換熱器，它是填料函式換熱器的變形。它把填料函式換熱器中的滑動管箱改進為滑動管板，而管箱部分固定。另外簡單介紹雙管板結(jié)構(gòu)。）5、釜式重沸器它是固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、 U 形管式換熱器殼體的變形， 主要是將殼程空間加倍增大，結(jié)構(gòu)上留有一定的蒸發(fā)空間。類似于現(xiàn)在的容積式換熱器。（容積式換熱器殼程介質(zhì)一般為水，用于供暖。）四、管殼式換熱器的型號表示方法1、

14、管殼式換熱器型號的組成：XYZ DNPtALN BNt CPsdNsX前端管箱形式代號（如表1-1 所示）Y殼體形式代號（如表1-1 所示）Z后端結(jié)構(gòu)形式代號（如表1-1 所示）DN換熱器的公稱直徑（mm），對卷制圓筒為其內(nèi)直徑，對鋼制圓筒為鋼管的外徑，對釜式重沸器，用分數(shù)表示，分子為管箱內(nèi)徑、分母為殼體內(nèi)徑。Ps、 Pt 分別表示管程、殼程設(shè)計壓力（MPa），當(dāng)管程殼程壓力相等時只寫Pt 。A公稱換熱面積（ m2），是經(jīng)圓整后的計算換熱面積，即以換熱管外徑為基準(zhǔn)，扣除伸入管板內(nèi)的換熱管長度后，計算得到的管束外表面積。對于U 形管，一般不包括彎管段的面積。LN換熱器的公稱長度（m），當(dāng)換熱管為

15、直管時，取直管長度為其公稱長度；為U 形管時，取 U形管直管段長度為換熱器的公稱長度。d換熱管的外直徑（ mm）。（強調(diào) d 不是換熱管公稱直徑）B當(dāng)換熱管為 Al 、 Cu、Ti 管時分別記為Al 、 Cu、Ti ；當(dāng)換熱管為鋼制管時，不標(biāo)記。N 、 N 分別為管程數(shù)和殼程數(shù)，單殼程時公標(biāo)記N 即可。TSTC對于鋼制換熱管， I級管束時為 I ，II級管束時為 II 。I 級管束是指采用較高級的高級冷撥管的管束； II 級管束是指采用普通冷撥管的管束。2、管殼式換熱器標(biāo)記示例：按教材 P 簡介。8（重點介紹DN、 A、 LN、 C的意義）第四節(jié)管殼式換熱器的選型一、選型時要考慮的因素換熱器的

16、選型，就是根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)特點、使用條件、投資與運行費用等綜合因素來選擇一種相對合理的換熱器形式。 在選型前， 必須熟悉各種換熱器的結(jié)構(gòu)特點、 工作特性， 根據(jù)具體條件做出方案，比較各方案做出最優(yōu)的選擇。1選型時要考慮的因素有 ：材料、介質(zhì)、壓力、溫度、溫差、壓降、結(jié)垢情況、檢修清理方法等各種因素。2安全因素 是換熱器選型時最主要因素。包括強度、剛度足夠，結(jié)構(gòu)可靠，滿足密封要求，材料與介質(zhì)相容。 （例溫差應(yīng)力的考慮、密封性的考慮等）3能完成工藝要求 有足夠的傳熱面積、介質(zhì)有良好的有利于傳熱的流動狀態(tài)，經(jīng)濟上較合理。 （例能否用 U 形管，管、殼程的清洗，是否分程，介質(zhì)的黏度對流動的影響，是否須

17、可拆結(jié)構(gòu)等）4利于制造、安裝和維修制造較簡單、運行性能良好、運行費用低等。二、選型的一般原則溫差不大、殼程介質(zhì)結(jié)垢不嚴重、殼程能采用化學(xué)清洗時，選用固定管板式換熱器。溫差較大時，可選用浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式換熱器和滑動管板式換熱器。要對殼程進行機械清洗時，可選用管束可可抽出的結(jié)構(gòu)。高溫高壓時，可選用U 形管式換熱器。殼程介質(zhì)為易燃、易爆、有毒或易揮發(fā)，以及使用壓力、溫度較高時，不宜采用填料函式換熱器。管程介質(zhì)和殼程介質(zhì)不允許相混時，可采用雙管板結(jié)構(gòu)的換熱器。（講述過程中舉例具體說明）第五節(jié)管殼式換熱器的設(shè)計內(nèi)容管殼式換熱器的設(shè)計包括下面五個方面的內(nèi)容，這五方面相互交叉，不斷調(diào)整

18、。一、結(jié)構(gòu)設(shè)計：根據(jù)設(shè)計任務(wù)選擇換熱器的形式，初定出結(jié)構(gòu)尺寸。（如管子外徑、長度、筒體外徑等）二、熱力計算：計算所需的傳熱面積，調(diào)整尺寸使結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳熱面積大致等于計算的傳熱面積。三、流體阻力計算：計算阻力降，保證阻力降在允許范圍內(nèi)。（壓力將一般根據(jù)整個工藝流程確定）四、強度、剛度和穩(wěn)定性設(shè)計：殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算。換熱器封頭的選擇及厚度計算。管板強度計算及尺寸的確定。（含溫差應(yīng)力計算）管子拉脫力的計算。支座的計算。 （包括臥式與立式支座計算）開孔補強計算等。五、繪圖： 根據(jù)計算結(jié)果具體確定各種零部件的結(jié)構(gòu)及一些標(biāo)準(zhǔn)件的選取， （如容器法蘭、折流板與支持板、拉桿與定距管等）然后繪制結(jié)

19、構(gòu)設(shè)計圖和施工圖。（簡單介紹設(shè)計圖中主要內(nèi)容：技術(shù)要求、技術(shù)特性表、管口表、明細欄、標(biāo)題欄、結(jié)構(gòu)圖、節(jié)點圖、圖紙目錄等）第一章概述練習(xí)題一、選擇題1、中壓容器的設(shè)計壓力范圍P 為：（）（ a）P 10 MPa(b) 1.6 P 10 MPa2、容器標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)有：（）(a)公稱壓力PN (b)公稱直徑DN(c)(c) 10 內(nèi)徑 P 100 MPa (d)(d)外徑根據(jù)容器的型式而定3、對于用鋼板卷制的圓柱形筒體，其公稱直徑是指：（）（a）內(nèi)徑(b)外徑(c)中徑(d)介于內(nèi)徑和外徑中間的某一值4、下列哪一種換熱器在溫差較大時可能需要設(shè)置溫差補償裝置？（）(a) 填料函式換熱器 (b)U

20、形管式換熱器 (c) 浮頭式換熱器 （ d）固定管板式換熱器5、管殼式換熱器屬于下列哪種類型的換熱器？（）（a）混合式換熱器(b)間壁式換熱器(c)蓄熱式換熱器(d)板面式換熱器6、 U 形管換熱器的公稱長度是指：（）(a) U形管的抻開長度 (b)U 形管的直管段長度 (c) 殼體的長度 (d) 換熱器的總長度7、請根據(jù)給定條件，選擇一種形式的換熱器。高溫高壓介質(zhì)且溫差較大，殼程介質(zhì)為有毒的易揮發(fā)性物質(zhì)，對殼程需要進行清洗。 （ ）(a) 固定管板式換熱器 (b) 填料函式換熱器 (c)U 形管式換熱器 (d) 浮頭式換熱器2.594I的換熱器，其中的1000 為（）8、有某型號為： BEM

21、 10002001.625管程壓力為 1000Kg/m2（ a）公稱換熱面積(b) 換熱器的公稱長度(c) 換熱器公稱直徑(d)二、填空題1、管殼式換熱器的主要元件有：、等。2、按壓力容器在生產(chǎn)工藝過程中的作用原理,可以將壓力容器分為：、。3、壓力容器按監(jiān)察要求可分為：、和。三、是非題1、管程數(shù)是指換熱管的根數(shù)，一般為奇數(shù)。（）2、法蘭的公稱直徑是指法蘭的外徑。（）3、換熱器選型時首先要考慮的因素是安全性。（）四、問答題1管殼式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為哪幾類換熱器？2、換熱器的強度、剛度和穩(wěn)定性計算包括哪些內(nèi)容？答案：一、選擇題：1B ；2A、B ； 3A ； 4D ；5B ；6B ；

22、7D ；8C 。二、填空題：1、殼體、管箱、管板、管束、折流板與支持板、接口管、支座等2、反應(yīng)壓力容器、換熱壓力容、分離壓力容、儲存壓力容器3、 I 、II 、 III類壓力容器三、是非題：1 錯 ；2 錯 ；3對。四、問答題：1、固定管板式換熱器，浮頭式換熱器、U 形管式換熱器、填料函式換熱器、釜式重沸器等。2、 (1 ）殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算(2）換熱器封頭、容器法蘭的選擇(3 ）管板尺寸的確定(4 ）管子拉脫力的計算(5) 折流板的選擇與計算(5) 溫差應(yīng)力的計算(7) 接管、接管法蘭及開孔補強的計算等。第四章管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計第一節(jié)管板一、管板的作用及重要性作用： 1排布換熱

23、管2. 與管箱隔板配合分隔管程空間3. 與殼程隔板配合分隔殼程空間4. 避免冷熱流體混合重要性：其重量在整臺換熱器重量中占有較大比例，也是換熱器最重要的部件之一。因此，管板的強度計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計相當(dāng)重要，其準(zhǔn)確性與否及是否合理直接影響整臺換熱器的安全、成本及產(chǎn)品質(zhì)量。二、管板的形式管板有四種常見的結(jié)構(gòu)形式，即平管板、薄管板、橢圓形管板及雙管板。1、 平管板平管板是最常見的一種管板形式，有兼作法蘭和不兼作法蘭兩種。一般由普通碳鋼板、不銹鋼板制造，當(dāng)介質(zhì)具有腐蝕性時可用復(fù)合鋼板制造。（以較薄的復(fù)合層抵抗腐蝕，一般為不銹鋼、Ni 、 Ti 等；以較厚的普通鋼板承受介質(zhì)壓力）復(fù)合鋼板制造方法：軋制復(fù)合鋼

24、板法、堆焊法、塞焊法、焊管復(fù)合法等。（均簡要講解）2、薄管板由于機械應(yīng)力與溫差應(yīng)力相互矛盾，因此希望在滿足強度條件下管板越薄越好（溫差應(yīng)力?。５聡鳤D 規(guī)范按固定支撐假設(shè)認為換熱管為綱性支撐，計算得到的板厚較薄，一般小于15mm. 其主要載荷由管壁和殼壁溫差決定。3、橢圓形管板結(jié)構(gòu)：類似于橢圓形封頭，即半個橢球殼，而不是橢圓形平板。是在薄管板基礎(chǔ)上研發(fā)的新型管板。單各換熱管長短不一，設(shè)計、制造上要復(fù)雜于平管板。一般用于高溫差情況。優(yōu)點：受力比平板好許多，因此可做得很薄，利于降低溫差應(yīng)力。4、雙管板應(yīng)用于工藝條件要求絕對不允許冷熱流體互相接觸，普通管板難以滿足這一條件的場合。（即便管子與殼程連

25、接處泄漏，殼程介質(zhì)不會污染管程介質(zhì)）雙管板保持合適間距的原因：雙管板孔錯位及雙管板溫差均會在管束上引起彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力，通過設(shè)置一定的間距，可使彎曲應(yīng)力和剪切應(yīng)力限定在許可范圍之內(nèi)。（要求理解間距公式各符號含義）總結(jié)：現(xiàn)設(shè)計中一般采用平管板，橢圓形管板（包括蝶形管板）雙管板應(yīng)用于有特殊要求的場合，而薄管板我國一般不采用。（按 GB151-98 設(shè)計）三、管板的結(jié)構(gòu)管板的結(jié)構(gòu)包括：管板上開孔的位置、分程隔板槽的位置、密封面的設(shè)計等。1、開孔位置開孔種類：換熱管孔、拉桿孔、螺栓孔（兼作法蘭） 換熱管孔布置：常見的四種排列方式：三角形排列、轉(zhuǎn)角三角形排列、正方形排列、轉(zhuǎn)角正方形排列。中心距要求 ：

26、為保證脹管時管板的剛度且便于管子與管板的焊接，同時便于清潔管程空間，要求兩管中心距應(yīng)大于等于1.25 倍的換熱管外徑。（說明： 表 4-1為推薦中心距， 實際設(shè)計可取S 大于表中推薦值。而管孔直徑按表4-4 4-9 查取。其偏差級別不允許超過表中規(guī)定）布管范圍 ：應(yīng)排布在布管限定園內(nèi)，即最外層換熱管表面至管板中心距不得超過布管限定園半徑。（按圖 4-10 介紹式4-3 、 4-4 的意義，強調(diào)換熱管外表面在Di 范圍內(nèi)） 拉桿孔的布置：拉桿孔位置根據(jù)拉桿位置確定，一般應(yīng)均勻布置于管束的外邊緣。拉桿與管板焊接時，拉桿孔深等于孔直徑；螺紋連接時，螺紋深度為螺紋孔直徑的1.5 倍。 螺栓孔的布置：管

27、板上開螺栓孔的位置、數(shù)量、直徑應(yīng)與相連接的法蘭上開的螺栓孔一致。2、分程隔板槽的布置管程 ：分程數(shù)量為偶數(shù)，分程時應(yīng)注意使各管程的換熱管數(shù)大致相等，隔板槽形狀簡單、密封面長度較短，程數(shù)不宜過多。分程隔板槽根據(jù)分程布置圖設(shè)置，隔板槽密封面應(yīng)與管板外邊緣密封面處在同一水平高度上，槽寬一般比與其相聯(lián)接的隔板厚度大2mm。（按圖 4-13 簡單介紹4-6 管程流體走向）殼程：殼程分程不常見，多用折流板起分程隔板作用。3密封面的設(shè)計：管板密封面的形式應(yīng)與之相配合的法蘭密封面相配，其常設(shè)計為帶有凸肩的結(jié)構(gòu)，以減少密封面的加工面積，節(jié)省工時。四、管板與殼體、管箱的連接（按圖4-16、 4-17 介紹各種結(jié)構(gòu)

28、）1焊接結(jié)構(gòu) ：兼作法蘭和不兼作法蘭兩種2不兼作法蘭：安圖 4-16 介紹各種連接結(jié)構(gòu)，注意焊接開坡口。3兼作法蘭 ：筒體與管板的端面（凹槽或凸臺）進行焊接。如圖4-17 所示。注意焊接開坡口和邊緣應(yīng)力）4法蘭連接結(jié)構(gòu)：固定管板式換熱器中，兼作法蘭的管板與管箱的連接基本采用法蘭連接。如圖4-18所示。而 U 形管式、浮頭式、填料函式換熱器的管束通常為可拆結(jié)構(gòu)，故管板與殼體、管箱一般采用法蘭連接。如圖4-19 所示。第二節(jié)管束一、管子的排列換熱管常用的四種排列方式前面已提到。對于 U 形管存在最小彎曲半徑問題，一般 Rmin 不小于 2d0，一般采用對稱于分程隔板布置，但有時為了增加布管數(shù)U 形

29、管與分程隔板成一定的傾斜角度，如圖 4-20所示布置。換熱管層數(shù)過多會影響直管段的長度。（根據(jù)圖 4-20 具體講述）管子的長度長度越長，單位傳熱面積材料消耗量越低，制造成本也就越低，同時因流通截面減少而提高流速，K 值增大。但其長度受到管程清洗、運輸、拆裝、管程壓降及支座等因素的影響。一般長度限制在 6m 一下，以 2.5m4m 最為常見。（針對各條講述管長過大的弊端，尤其是對可拆結(jié)構(gòu)需有足夠大的空間）二、管束安裝轉(zhuǎn)角當(dāng)殼程為氣體冷凝時，為減少液膜在列管上的包角及液膜厚度，管束裝配時應(yīng)偏轉(zhuǎn)一定角度，因液膜包蓋換熱管，降低傳熱效果。注意管板上排液、排氣孔的位置。三、管子與管板的連接（重點）換熱

30、管與管板的連接必須考慮強度和密封性兩方面的要求。常用的連接方法有三種：脹接、焊接、脹焊并用。1脹接 適用范圍（各國要求不同，我國以GB151為準(zhǔn)）GB151-1999 中規(guī)定強度脹接的應(yīng)用范圍為：設(shè)計壓力小于等于4MPa；設(shè)計溫度小于等于300； 操作中無劇烈振動，無過大溫度變化及明顯的應(yīng)力腐蝕。 脹接方法常用方法為機械滾脹法，此外還有爆破脹接發(fā)、液壓脹管法、液袋脹管法等。 （講解機械滾脹法。強調(diào)管子發(fā)生塑性變形而管板發(fā)生彈性變形，故不能用于高溫，其他方法一帶而過，用制造方法回應(yīng)適用范圍）機械滾脹法優(yōu)點 ：耐反復(fù)熱循環(huán)、抗熱沖擊及軸向力、更換修補容易、無縫有縫均適用、操作簡單成本低。機械滾脹法

31、缺點 ：不易控制脹度； 各管脹度不均勻； 管板易變形； 可脹性差的管子易產(chǎn)生脹接裂紋；內(nèi)壁面產(chǎn)生加工硬化。2焊接 適用范圍（按GB151要求）范圍：不適用于有較大震動及有間隙腐蝕的場合；管間距小無法脹接；熱循環(huán)劇烈溫度高；有特殊要求和腐蝕危險的地方；維修受限制的地方；要求接頭嚴密不漏的地方；管板過薄無法脹接時。優(yōu)點：不需開槽加工簡便；焊接結(jié)構(gòu)強度高、抗拉能力強；管子管板材料性能要求不高。 焊接方法焊接節(jié)點形式如圖4-27、4-28 所示。（我國標(biāo)準(zhǔn)推薦4-27）簡單介紹其他焊接方法3脹焊并用 適用范圍密封性要求高的場合；承受振動或疲勞載荷的場合；有間隙腐蝕的場合；采用復(fù)合管板的場合 連接方法強

32、度脹 +密封焊；貼脹+強度焊；對密封要求較高時可用強度脹+貼脹 +密封焊；強度焊+強度脹+貼脹 連接次序一般先焊后脹（說明原因，先脹后焊將影響焊接質(zhì)量。要求學(xué)生了解原因來記住次序）第三節(jié)折流板與支持板一、折流板在殼程設(shè)置折流板目的：為了延長殼程介質(zhì)的流道長度，增加管間流速，增加湍流程度，達到提高換熱器的傳熱效果的目的。1 折流板形式常見的為弓形和圓盤- 圓環(huán)形兩種，以弓形最為常用，此外還有矩形、螺旋形等。（ 1）弓形：分為單弓和多弓，如圖4-33 所示。多弓用于殼體直徑較大，須減少流體阻力，避免形成死區(qū)的情形。缺口高度為 0.2-0.45 倍的圓筒內(nèi)直徑，保證流體通過缺口時與橫過管束時的流速相

33、近。（強調(diào)折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)開缺口，以保證氣體放空、液體放凈）（2）圓盤 - 圓環(huán)形及矩形：用于大直徑筒體，減少流體阻力，避免形成死區(qū)。如圖 4-35 所示。（3）螺旋形：用于殼程流體含有固體顆粒的場合，如圖 4-37 所示。殼程流體在折流板間螺旋形流動，固體顆粒不易沉淀，利于傳熱。2折流板尺寸（ 1）厚度：其值取決于它所支撐的重量，即與殼體直徑和板間距相關(guān)。最小厚度由筒體公稱直徑和換熱管無支撐跨距按表 4-13 選取。一般不做強度計算，折流板過厚造成總重增加，材料浪費。（ 2）管孔：其大小對傳熱性能、機械性能和加工制造都有影響。管孔大則因間隙大而降低傳熱效果，換熱管易震動。（ 3）間隙：指折

34、流板外徑與殼體內(nèi)徑之間的間隙。間隙小則裝配困難，間隙大又影響傳熱，折流板自身強度降低，但加工方便，穿管方便。故管孔應(yīng)綜合考慮，GB151給出具體尺寸。缺口高度： 0.2-0.45 倍的圓筒內(nèi)直徑（ 4）間距：折流板間距應(yīng)根據(jù)殼程介質(zhì)的流量、粘度確定。一般折流板應(yīng)在換熱管的有效長度上等間距布置。間距過大或過小均不好，一般最小不得小于Di /5 ，最大不得大于Di二、支持板目的： 是支撐（換熱管） 、防止其產(chǎn)生過大的振動和撓度。支持板的厚度、管孔、外徑等尺寸等要求與折流板一致。但對最大無支撐跨距有要求。支持板與折流板外形一樣，支持板也起折流板作用，折流板也起支持板作用只是設(shè)置的原始目的不同而已。三

35、、折流桿一種新型結(jié)構(gòu)， 尚在研發(fā)中。 與折流板相比阻力降小，無傳熱死區(qū)， 換熱管不易振動，固定效果好，加工不易。無成型結(jié)構(gòu)。（按圖 4-40 簡單介紹）第四節(jié)冷凝器結(jié)構(gòu)冷凝器是換熱器的一種，但因在傳熱過程中發(fā)生相變，故傳熱效果與結(jié)構(gòu)有較大的關(guān)系，因此單獨介紹一些應(yīng)注意的地方。一、冷凝器介質(zhì)流程的選擇 （被冷凝介質(zhì)一般指水蒸汽、也可為其他可冷凝的氣體如冷凝液氨等）一般要求冷凝蒸汽走殼程，冷凝介質(zhì)走管程。這樣可提高傳熱系數(shù)。（一般殼程傳熱系數(shù)小與管程傳熱系數(shù)，讓殼程發(fā)生相變可大大提高殼程傳熱系數(shù)）在下列特殊情況下可以讓蒸汽走管程：冷凝蒸汽壓力高或腐蝕性很強。因為管子的承壓能力強；腐蝕性介質(zhì)走管程可

36、避免殼程筒體采用耐腐蝕材料，降低冷凝器的成本。冷凝介質(zhì)粘度大或流量小此時讓冷凝介質(zhì)走殼程可提高滯動程度，增大雷諾數(shù)以提高傳熱系數(shù)。要求冷凝介質(zhì)壓降小因?qū)ο嗤橘|(zhì)，通常殼程流阻小于管程流阻，故對冷凝介質(zhì)壓降有特殊要求時可讓冷凝介質(zhì)走殼程。冷凝器形式的確定立式和臥式放置對一般換熱器影響不大，但對冷凝器來講卻不一樣。因為如果冷凝液膜在換熱管表面積累變厚，將對傳熱效果有較大的影響，為防止此種情況故一般采用臥式結(jié)構(gòu)。在下列特殊情況可考慮采用立式冷凝器。1、冷凝液需過冷對被冷凝成液體的介質(zhì)需進一步降低溫度可采用立式。也保證換熱器內(nèi)存在一定的液位高度，可達到目的。2、普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr 高的介質(zhì)即冷凝負荷大時，

37、在厚液膜上形成滯流，有較高的傳熱系數(shù)。3、冷凝蒸汽走管程為使冷凝液膜能快速流走而不堆積需采用立式結(jié)構(gòu)。二、冷凝器設(shè)計中的其他問題1、保證蒸汽流速即防止隨蒸汽冷凝，蒸汽量的減少而導(dǎo)致流速降低。目的是為了保證較高的雷諾數(shù)且能排除不凝性氣體。2、排除不凝性氣體不凝性氣體的存在對傳熱效果影響很大，故應(yīng)在上部死角處設(shè)置排氣口以排除不凝性氣體。3、減薄冷凝液液膜厚度減薄冷凝液液膜厚度可改進傳熱效果。對臥式冷凝器，如前所述可將管束偏轉(zhuǎn)安裝。對立式冷凝器可如圖4-41 所示設(shè)置泄液管罩或當(dāng)液板。4、冷凝液的排出一般冷凝液的堆積會降低傳熱效率并可能會形成腐蝕，應(yīng)盡快排出，在排除過程中要注意防止帶走蒸汽（圖4-4

38、2 a、 b 結(jié)構(gòu)）和排凈（圖4-42 c 結(jié)構(gòu)）第五節(jié)管箱及其它結(jié)構(gòu)一、管箱管箱按其結(jié)構(gòu)可分為固定端管箱、滑動管箱、浮頭管箱。1固定端管箱主要用于固定管板式換熱器及 U 形管式換熱器。（填料函式、浮頭式換熱器物料進口也為固定端管箱）組成： 容器法蘭、圓筒短節(jié)、封頭、及進出口的接管與法蘭組成有時還設(shè)有放空口、放凈口、儀表接口、分程隔板等。安圖 4-43 講述幾種常見固定管箱結(jié)構(gòu)2滑動管箱主要指用于填料函式換熱器滑動端的管箱。分為外填料函浮頭式、單填料函滑動管板式和雙填料函滑動管板式三種。（ 1）外填料函浮頭式： 如圖 4-44 所示。填料函在管板外， 填料箱在殼體法蘭內(nèi)。用于壓力小于2.5MP

39、a的換熱器。（整個管箱滑動）（ 2）單填料函滑動管板式：如圖4-45 所示。在管板上焊一短節(jié)，將填料函設(shè)在殼體法蘭內(nèi)，填料填在短節(jié)和填料函之間，用管箱法蘭兼作填料壓蓋。（僅管板滑動）（ 3）雙填料函滑動管板式：如圖 4-46 所示。該結(jié)構(gòu)具有雙重填料，內(nèi)圈填料主要用密封管、殼程的壓差密封， 外圈填料主要起保險作用， 一旦內(nèi)圈填料有泄漏， 外圈填料則能阻止漏出的介質(zhì)擴散到空間，并能由接管收集漏出的介質(zhì)，一般用于介質(zhì)為易燃、易爆、有毒性介質(zhì)等場合。（僅管板滑動）3浮頭管箱浮頭管箱指浮頭式換熱器浮頭端管箱。按圖4-47 所示介紹管箱結(jié)構(gòu)，如何拆裝。4高壓管箱對高壓換熱器，一般高壓介質(zhì)均走管程，高壓管

40、箱既要承受高壓，又要防止泄露，選擇合理的管箱結(jié)構(gòu)對降低制造成本，便于拆裝及安全性等均有重大意義。注意事項：盡量減小管箱內(nèi)徑；盡量用鍛件；盡量少用法蘭結(jié)構(gòu)；盡量采用簡單結(jié)構(gòu)；選擇合理的物流流向。（與圖 4-48 對應(yīng)介紹）5分程隔板設(shè)計要求 ：承受脈動流體或隔板兩側(cè)壓差很大時，隔板的厚度應(yīng)適當(dāng)增厚，或改變隔板結(jié)構(gòu)；大直徑換熱器隔板設(shè)計成雙層結(jié)構(gòu)；分程隔板上可設(shè)排凈孔；厚度大于10mm的分程隔板，密封面處應(yīng)削邊至 10mm。（強調(diào)：分程隔板端面屬于密封面，在與管箱整體焊后進行精加工）二、其它結(jié)構(gòu)1.拉桿與定距管安裝拉桿與定距管的目的是為了固定折流板或支持板，使兩板保持一固定的距離。（ 1）拉桿形式

41、：螺紋連接 ：拉桿與管板采用螺紋連接，折流板靠定距管固定間距，適用于外經(jīng)大于等于19 mm的管束。焊接連接 ：拉桿與管板、折流板均采用焊接，適用于外經(jīng)小于等于14 mm的管束。（ 2）拉桿的直徑和數(shù)量： （由筒體公稱直徑和換熱管直徑確定）由表 4-24、4-25 選取。拉桿公稱直徑不得小于10 mm，數(shù)量不得少于4 根。（ 3）拉桿的布置與尺寸：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，以便于較好地固定折流板。對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于三個支撐點。2防沖板和導(dǎo)流筒（ 1）設(shè)置防沖板的條件：2管程軸向接管或管內(nèi)流速大于 3m/s 時，管程設(shè)置防沖

42、板； 殼程進口管流體的 超過一定值時，在殼程進口管處設(shè)置防沖板或?qū)Я魍?；對有腐蝕或磨蝕的氣體、蒸汽及氣液混合物應(yīng)設(shè)置防沖板。（ 2）防沖板的設(shè)置：防沖板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離，應(yīng)不小于接管外徑的1/4；防沖板的直徑或邊長，應(yīng)大于接管外徑50 mm；防沖板的最小厚度：碳鋼4.5 mm，不銹鋼 3 mm；防沖板可采用三種固定形式：焊在定距管或拉桿上；焊在圓筒上； 螺栓固定。 以焊在筒體較為常見，簡介其常見形狀。（ 3）導(dǎo)流筒的設(shè)置：當(dāng)殼程進出口接管距管板較遠，流體停滯區(qū)過大時，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流筒，以減少流體停滯區(qū)，增加換熱管的有效長度。分為內(nèi)外導(dǎo)流筒兩種形式。3滑道滑道的結(jié)構(gòu)有滑板、滾輪、滑條等形式。以

43、滑板最為常見，對于可拆管束結(jié)構(gòu)，必須設(shè)計滑道以便管束拆裝。簡介其結(jié)構(gòu)4殼體內(nèi)徑的確定（僅為估算公式，且沒考慮分程的影響）首先根據(jù)換熱管總數(shù)Nt 確定換熱管束中心管排的管數(shù)Nc：對于正方形排列：Nc=1.19Nt0.5對于正三角形排列：0.5Nc=1.10Nt殼體內(nèi)徑Di:Di=s(Nc-1)+d0+eDi 也可以按下式估算：Di= s(Nc-1)+4d0式中：s-換熱管中心距，md0- 外徑， me-殼體內(nèi)徑與管束外徑之差，一般在0.025-0.076m 。（簡單介紹公式的意義）第五章 管殼式換熱器的強度設(shè)計第一節(jié)壓力容器強度設(shè)計的基本概念一、壓力P除注明外，壓力均指表壓力，單位用Mpa 表示

44、。工作壓力 Pw指在正常工作情況下，容器頂部可能達到的最高壓力。設(shè)計壓力 P 指設(shè)定的容器頂部的最高壓力。它與設(shè)計溫度一起作為設(shè)計載荷條件，d其值不小于工作壓力。一般在裝有安全閥時，pd(1.05 1.1) Pw ，當(dāng)無安全閥時，pd(1.0 1.05)Pw計算壓力Pc在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定元件厚度的壓力，包括液柱的靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小于5%設(shè)計壓力時，可以忽略液柱靜壓力。試驗壓力 PT 進行壓力試驗時容器頂部的壓力。二、溫度金屬溫度 沿元件金屬截面的溫度平均值。設(shè)計溫度 容器在正常工作情況下，設(shè)定的元件的金屬溫度。試驗溫度 進行壓力試驗時，殼體的金屬溫度。（標(biāo)志在設(shè)備銘牌上

45、的設(shè)計溫度應(yīng)是殼體設(shè)計溫度）三、厚度 （單位為mm ）1計算厚度c 按公式計算得到的厚度。2設(shè)計厚度d 計算厚度c +腐蝕裕量 C2，即：dcC2 。3名義厚度n 設(shè)計厚度d +鋼材厚度負偏差C1+向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格厚度的差,即：ndC1cC1C2。名義厚度為標(biāo)注在圖樣上的厚度。4有效厚度e enC1C2nCc5厚度附加量C鋼材厚度負偏差C1+腐蝕裕量 C2，即： CC1C26最小厚度min 為了滿足制造工藝要求以及運輸和安裝過程中的剛度要求，根據(jù)工程實踐經(jīng)驗所規(guī)定的不包括腐蝕裕量C2 的最小元件厚度值。對于不銹鋼容器，取min2mm內(nèi)徑 D i2D i對于碳素鋼和低合金鋼容器3800 m

46、m時 , min1000 m m,且不小于 3mm內(nèi)徑 D i3800mm時,根據(jù)運輸和制造安裝條件確定對于換熱設(shè)備，其最小厚度min 的規(guī)定更為嚴格，具體規(guī)定見P118 表 5-4、 5-5。四、耐壓試驗及氣密性試驗?zāi)蛪涸囼災(zāi)康?檢驗容器在超設(shè)計壓力情況下的宏觀強度以及焊縫和其它連接部位的致密性。一般為液壓試驗，以水、油等為試驗介質(zhì)，特殊情況下作氣壓試驗，以N2、惰性氣體為試驗介質(zhì)。耐壓試驗試驗壓力1液壓試驗：pT1.25 pd t2氣壓試驗：pT1.15 pd t注意：以公式計算的試驗壓力pT 是指試驗壓力的下限值（最低值）。對于外壓或真空容器，壓力試驗時也用內(nèi)壓進行試驗，其試驗壓力為：液壓試驗：pT1.25 p氣壓試驗：pT1.15 p3氣密性試驗：主要用于介質(zhì)的毒性程度為極度或高度危害的介質(zhì)的容器，以檢驗其密封性能，必須在壓力試驗合格后進行。氣密性試