过程设备设计 第六章 换热设备 6.1 概述 6.2 管壳式换热器 6.3 余热锅炉 6.4 传热强化技术.

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1 过程设备设计 第六章 换热设备 6.1 概述 6.2 管壳式换热器 6.3 余热锅炉 6.4 传热强化技术

2 6.2 管壳式换热器 特点：结构坚固，弹性大，可靠性高，使用范围广， 使用经验丰富→仍占主导地位。 一、结构型式： 1. 总 体 结 构

3 2.基本类型: 按结构特点 刚性结构—固定管板式 具有温度补偿装置 带膨胀节的固定管板式 使受热部分自由伸缩 浮头式 U形管式 填料函式 (1)固定管板式：图6-13(a)

4 结构: 特点: 管子、管板、壳体三者刚性连接/结构简单、紧凑/ 造价便宜/应用较广 缺点: 管外不能机械清洗 / 当Δt ↑→ 由于刚性连接 适用: Δt↓ (管子—壳体) 为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。

5 浮头端 (2)浮头式: 图6-13(b)（内浮头式） 结构: 一块管板与壳体螺栓固定 另一块管板相对于壳体自由移动→
过程设备设计 (2)浮头式: 图6-13(b)（内浮头式） 结构: 一块管板与壳体螺栓固定 另一块管板相对于壳体自由移动→ 浮头端 浮头端可自由伸缩，无热应力

6 特点: 管壳间不产生σ△t / 管束可自由抽出，便于清洗管
内外及拆修 / 相对填料函式能在较高的工作压力和 浓度下工作。 缺点: 结构复杂 / 金属消耗量大 / 造价高（比固定式高约20%） / 在浮头处发生内漏无法检查 适用: 管、壳Δt↑ / 介质易结垢需清洗的场合

7 U形管 (3)U形管式: 图6-13(c) 结构: 管被弯成U形 / 只有一块管板，管束两端固定在同一 管板上 / 管束可自由伸缩
过程设备设计 (3)U形管式: 图6-13(c) 结构: 管被弯成U形 / 只有一块管板，管束两端固定在同一 管板上 / 管束可自由伸缩 U形管

8 特点: 不产生σ△t / 结构简单 / 造价低 / 管束可抽出→管外清洗方便 缺点: 管束对管板无支撑作用，所需管板厚 / 管内清洗不便 / 常振动 / 管板布管少，管板利用率低 / 管外流体常短路 / 内层损坏不易更换，堵管后管子报废率高

9 结构: 浮头伸出壳外 / 浮头与壳体间用填料密封
过程设备设计 (4)填料函式: 图6-13(d)(外浮头式) 结构: 浮头伸出壳外 / 浮头与壳体间用填料密封 填料函式密封

10 特点: 管束自由伸缩→管壳间不产生σ△t / 较浮头式结构
简单 / 加工制造方便 / 检修清洗容易，填料处泄漏 能及时发现 缺点: 壳程有外泄可能，故壳程p↓/ 使用温度受填料性能 限制→t不可太高 / 不易处理易挥发，易燃，易爆， 有毒及贵重介质 适用: p ↓ ，D ↓ ，生产中不是为了消除σ△t，而是为了便于 清洗壳程才用这类换热器。现在已很少采用。

11 蒸发空间 (5)釜式重沸器: 图6-13(f) 结构: 管束可以浮头式，U形管，固定管板式 / 壳体上部 设置一个蒸发空间
过程设备设计 (5)釜式重沸器: 图6-13(f) 结构: 管束可以浮头式，U形管，固定管板式 / 壳体上部 设置一个蒸发空间 蒸发空间 特点: 根据管束形式而定 管束可以为浮头式、U形管式和固定管板式结构

12 过程设备设计 二、结构设计 管程—与管束中流体相通的空间 壳程—换热管外面流体及相通空间 管程 壳程 管程

13 ①条件:当换热器所需换热面↑，而管子又不能太长时，
1.管程结构 (1)管束分程(分程隔板): ①条件:当换热器所需换热面↑，而管子又不能太长时， 管数n ↑ (v↓ ) 为使管内v↑→提高传热效果→需分程 就要 ②管程数: 一般有1，2，4，6，8，10，12等七种, 最简单、 　最常用的是单管程。 ③隔板布置方式 (表6-2) 平行布置法 T形布置法 ④分程的要求: a.避免流体温差较大的两部分管束紧邻 b.程与程之间温差不宜过大, 不超过20℃ c.应尽可能使各管程的换热管数大致相同 d.分程隔板槽形状简单, 密封面长度较短

14

15 过程设备设计 表6-2 管束分程布置图 流向

16 ⑤分程隔板与管板的连接形式: 隔板密封面通常10mm; 对卧式换热器:设置φ6mm的排液孔, 其位置按具体情况而定

17 ②管内流速: 使管内流体→达湍流, 提高传热效果 通常液体v=0.3～2m/s 气体v=8～25m/s
⑵换热管 ①材料: ②管内流速: 使管内流体→达湍流, 提高传热效果 通常液体v=0.3～2m/s 气体v=8～25m/s ③结构尺寸: a.外径×壁厚 φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管 φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管 b.标准管长: 1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m 注意: 考虑d、l→对换热器造价的影响。 如有可能，应选取多个d和l进行方案比较， 以确定最佳参数。

18 p 光管 翅片管（在给热系数低侧） ④型式: 强化传热管 螺旋槽管 螺纹管 ⑶布管: ①管子在管板上的排列
正三角形: 最普遍/布管多/声振小/管外流体扰动大→传热好 但不易清洗； 转角三角形: 易清洗，但传热效果不如正三角形 正方形及转角正方形: 管外清洗方便/但排管比三角形少

19 12 14 19 25 32 38 45 57 16 40 48 72 原则: 无论哪种排列都必须在管束周围的弓形空间
尽可能 多布管→传热面积↑，且可防壳程流体短路 ②管心距:保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和刚度 影响因素有: 结构紧凑性 / 传热效果 / 清洗难易 取值: t≥1.25d0 (保证管桥强度和清洗通道) 表6-1 常用换热管中心距/mm 换热管外径 do 12 14 19 25 32 38 45 57 换热管中心距 16 40 48 72

20 ⑷管板: ①作用: a. 排布换热管； b. 分隔管程和壳程流体→避免冷、热流体混合 c. 承受管程、壳程压力和温度的载荷作用

21 ②材料: 一般: 碳素钢或低合金钢板或锻件制造 流体腐蚀性较强 不锈钢、铜、铝、钛 复合板 堆焊衬里 ③结构: 满足强度前提下，尽量减少管板厚度。 平管板: 可用钢板、锻件制成 复合板 堆焊复合板 轧制复合板 爆炸复合板 薄管板: 一般8～20mm，图6-15 椭圆形管板: 图6-16 双管板: 图6-17

22 过程设备设计 比较四种用于固定管板换热器的薄管板结构 （b） （a） 图6-15 薄管板结构形式

23 过程设备设计 （c） （d）

24 以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。 受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降 低热应力；适用于高压、大直径的换热器。
过程设备设计 图6-16 椭圆形管板 以椭圆形封头作为管板，与换热器壳体焊接在一起。 受力情况比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降 低热应力；适用于高压、大直径的换热器。

25 3 2 4 1 用于严格禁止管程 与壳程介质互相混 合的场合。 方法： 从短节排出 短节圆筒充入高于 管程、壳程压力的 惰性介质
过程设备设计 1 2 3 4 用于严格禁止管程 与壳程介质互相混 合的场合。 方法： 从短节排出 短节圆筒充入高于 管程、壳程压力的 惰性介质 图6-16 双管板结构 1—空隙 2—壳程管板 3—短节 4—管程管板

26 ⑸管子与管板的连接: 连接要求 良好的密封性→防止流体短路 足够的紧固强度→有足够的抗拉脱力 连接方法 胀接 焊接 胀焊并用 ①强度胀: 定义: 保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接 方法: 　均匀胀接 非均匀胀接—机械滚胀法，常用 液压胀接 液袋胀接 橡胶胀接 爆炸胀接

27 注意: 当管板是不易胀紧的不锈钢材料时,不能用强度胀
原理: a.管子不能排的太密 管板强度、刚度 管子温度不易太高 会消除接头处残余应力 b.不能 c.材料要求:管板硬度＞管子硬度 若两者材料相同, 应把管子端部退火 d.结合面粗糙度:一般要求为 要求: 过胀→否则影响密封性 欠胀→否则影响紧固性 12.5 结构形式: 图６－19 适用范围: 设计压力≤4.0MPa；设计温度≤300℃； 操作中无剧烈振动、无过大温度波动， 及无明显应力腐蚀等场合。 注意: 当管板是不易胀紧的不锈钢材料时,不能用强度胀

28 ②强度焊: 定义: 保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度 的焊接. 优点: a.比胀接密封性↑，连接强度↑ b.对管板孔及管子端部加工要求低，对管板及管子 材料要求低。 c.允许采用较小的管板厚度。 d.制造容易，加工简单。 缺点: a.焊缝处:开孔→应力集中+焊接残余应力→ →运行时可能引起 b.管板孔与管子间有缝隙→产生间隙腐蚀 应力腐蚀 疲劳破坏

29 结构形式: 图６－20 适用范围: 除较大振动和缝隙腐蚀场合外，该方法应用广泛; 薄管板不能胀，只能焊。 ③胀焊并用 特点: 连接处抗疲劳性能↑/ 消除应力腐蚀和间隙腐蚀 / 使用寿命↑（具有胀、焊优点） 连接方式: 强度胀+密封焊、强度焊+贴胀、强度焊+强度胀等 名词术语:强度胀—为保证换热管与管板连接的密封性能及 抗拉脱强度的胀接 贴胀—为消除换热管与管孔间隙的轻度胀接,并不 承担拉脱力 强度焊—保证换热管与管板连接的密封性能及 抗拉脱强度的焊接 密封焊——保证换热管与管板连接的密封性能的焊接

30 过程设备设计 课堂讨论 关于先焊还是先胀的讨论 机械胀接——先焊后胀 液压胀接——先胀后焊

31 应用: 密封性能要求较高； 承受振动和疲劳载荷； 有缝隙腐蚀； 需使用复合管板等的场合

32 在多管程结构中，还起到改变流体流向的作用。
过程设备设计 (6)管箱 作用——流体送入换热管和送出换热器； 在多管程结构中，还起到改变流体流向的作用。 结构形式决定因素——清洗？管束分程？ (a) (b) 图6-18 (c) (d)

33 过程设备设计 (a) 特点 清洗时要拆除管线； 该结构适用于较清洁的介质。

34 过程设备设计 (b) 特点 清洗时不要拆除管线； 缺点是用材较多。

35 过程设备设计 (1) (2) (c) 特点 检查、清洗不方便, 很少使用

36 过程设备设计 (d) 特点 设置多层隔板的管箱结构

37 作用:减小流体的不均匀分布和对管束的侵蚀和震动， 在壳程进口接管处设置防冲挡板.
过程设备设计 壳体 折流板 2.壳程结构 折流杆 防短路结构 壳程分程 ⑴壳体 ①接管→焊在壳体上，供壳程流体进、出。 ②防冲挡板 作用:减小流体的不均匀分布和对管束的侵蚀和震动， 在壳程进口接管处设置防冲挡板. 焊接在拉杆、定距管、折流板上 焊接在圆筒上 用U型螺栓固定在换热管上 固定形式

38 条件:a.当壳程进口管流体的ρv2值为下列数值时，
应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒 (i)非腐蚀, 非磨蚀性单相流体ρv2＞2230kg/(m.s2) (ii)其他液体，包括沸点下液体ρv2＞740kg/(m.s2) b.有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及汽液混合物， 应设置防冲板 ③导流筒 作用:a.充分利用换热面积, 减小壳程进出口处死区 b.也起防冲作用 c.减少壳程进出口处压降(外导流结构) 条件: 当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时， 应设置导流筒

39 作用:a.提高壳程流体流速，增加湍动程度； 使壳程流体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数； b.减少结垢。 c.支承管束
过程设备设计 ⑵折流板、支持板 ①折流板 作用:a.提高壳程流体流速，增加湍动程度； 使壳程流体垂直冲刷管束，提高壳程传热系数； b.减少结垢。 c.支承管束 弓形 圆盘-圆环形 堰形折流板 结构形式 （见图6-21）

40 (a)单弓形 (d)圆盘-圆环形 (c)三弓形 (b)双弓形
过程设备设计 (a)单弓形 (d)圆盘-圆环形 (c)三弓形 (b)双弓形 弓形缺口高度h 应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近 缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示， 如单弓形折流板，h=(0.20～0.45)Di，最常用0.25Di。

41 布置原则: a.一般应按等间距布置 b.管束两端的折流板尽可能靠近壳程进出口接管 c.间距：Lmin不小于0.2Di，且不小于50mm； Lmax不大于Di； 折流板缺口布置原则: a.壳程为单相清洁流体时，折流板缺口 (卧式） 应水平上下布置。 若气体中含有少量液体, 应在缺口朝上的 折流板最低处开设通液口, 见图6-22(a); 若液体中含有少量气体，应在缺口朝下 的折流板最高处开通气口,见图6-22(b); b.壳程介质为气液共存或液体中含有固体 颗粒时，折流板应垂直左右布置，并在 折流板最低处开通液口,见图6-22(c)

42 壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置
过程设备设计 壳程为单相清洁液体时，折流板缺口上下布置 通液口 通气口 (b) (a) 图6-22 折流板缺口布置

43 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时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口
过程设备设计 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时，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口 通液口 图 折流板缺口布置 (c)

44 折流板上管孔与换热管 折流板与壳体内壁之间 过大—泄露严重,不利传热; 易引起振动。 过小—安装困难。 间隙→

45 设置条件: 当换热器在工艺上无须设置折流板， 但管子又比较长，超过最大无支撑跨距时， 需设置一定数量的支持板，按照折流板处理.
②支持板 设置条件: 当换热器在工艺上无须设置折流板， 但管子又比较长，超过最大无支撑跨距时， 需设置一定数量的支持板，按照折流板处理. 作用: a. 减小跨距→防振 b.支承管子→增加管子刚度，防止管子产生过大挠度 形状尺寸: 同折流板 最大无支撑跨距: 换热管外径 10 12 14 16 19 25 32 38 45 57 最大无 支撑跨距 钢管 - 1100 1300 1500 1850 2200 2500 2750 3200 有色金属管 750 850 950 1600 1900 2400 2800

46 B、换热管外径 ＞14mm时——拉杆-定距管结构
过程设备设计 ③折流板、支持板固定方式： A、换热管外径≤14mm时——点焊结构 B、换热管外径 ＞14mm时——拉杆-定距管结构 dn

47 拉杆数量: 与拉杆直径，壳体DN有关 拉杆布置:尽量布置在管束的外边缘，对于大直径的 换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处 应布置适当数量的拉杆 ⑶折流杆 针对传统折流板: 有传热死区, 流体阻力↑, 易产生管振动等缺点→开发 新型折流杆 结构: 图6-24 1支撑杆 2折流杆 3滑轨

48 优点: a.传热量相同下，Δp比弓形折流板降低50%；
b.没有传热死区 c.结垢速度快； d.管束不易振动(壳程流体流向由横流变为轴流) (4)防短路结构 目的: 防止壳程流体，在某些区域短路→使传热效率增加 旁路挡板 图6-25 挡管 图6-26 中间挡板 图6-27 结构：

49 过程设备设计 旁路挡板 折流板 为了防止 壳程边缘 介质短路 旁路挡板 图6-25

50 分程隔板槽背面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管； 挡管一般与换热管规格相同，可与折流板点焊固定，也可用
过程设备设计 防止管间短路； 分程隔板槽背面两管板之间设置两端堵死的管子，即挡管； 挡管一般与换热管规格相同，可与折流板点焊固定，也可用 拉杆（带定距管或不带定距管）代替。 挡管每隔3～4排换热管设置一根，但不设置在折流板缺口处 挡 管 图6-26 挡管结构 挡管

51 U形管束中心部分存在较大间隙 ，防止管间短路； 中间挡板一般与折流板点焊固定； 壳体DN≤500mm时→设置1块挡板
过程设备设计 中间挡板 图6-27 中间挡板 U形管束中心部分存在较大间隙 ，防止管间短路； 中间挡板一般与折流板点焊固定； 壳体DN≤500mm时→设置1块挡板 500＜DN＜1000mm时→设置2块挡板 DN≥1000mm时→设置不少于3块挡板

52 纵向隔板与壳体的连接形式: 焊接—将隔板与壳体内壁焊接
过程设备设计 (5)壳程分程(纵向隔板) 目的: a.满足工艺设计要求 b.增大壳程流体传热系数 型式: E型、F型、G型、H型 纵向隔板与壳体的连接形式: 焊接—将隔板与壳体内壁焊接 可拆—有密封元件 保证隔板与壳体间密封→ 防介质短路 壳程分程较管程分程困难，所以一般壳程≤2 注: 折流板仅改变流向而不是分程

53 过程设备设计 测 验 1、写出管程结构及作用 2、写出壳程结构及作用

54 过程设备设计 三、管板设计 换热器和一般容器的受力不同之处: ∴若按一般受压容器计算满足强度要求，仍存在下列几种 特有的破坏情况：

55 ∴换热器强度计算包括: a.作为受压容器—计算筒体封头法兰开孔支座等， 与一般容器设计相同 b.换热器特有的强度计算—管板厚度计算/筒体σz 校核/ 拉脱力校核 / 膨胀节计算

56 ㈠管板强度计算理论 ⒈管板和圆平板的主要区别: 结构上: 圆平板—实心圆平板 / 圆环板且不装管子
管 板 —开孔圆平板/且装管子, 管束对管板强度 有影响。 受载上: 圆平板—承受一侧的载荷(均布力，集中力)， 对平板起弯曲作用 管 板—承受管程、壳程两侧压力/且两板面作用 面积不同/由于Δt→产生p△t。

57 2.管板强度计算理论的主要类型 (1) 优点: 全面考虑了管束的支承 /Δt的影响，比较精确， 接近实际. 缺点: 计算公式复杂，由于计算机的出现和发展，今天已 成为一种有效的计算方法

58 承均布载荷圆平板 计入孔对管板影响 (2)管板 (如美TEMA,日JIS) 方法: 按平板理论(弹性理论)→计算圆平板σmax为主要 依据，加入适当修正系数(半经验公式) 优点: 公式简单，便于运算，结果安全 缺点: 考虑不全面，sp↑ (3)管板 受管子支承着的平板(如德AD) 方法: 管板上不布管区→决定管板厚度 适用: 薄管板计算 (4)我国: 在Miler法基础上，考虑了法兰力矩及其它影响因素

59 ㈡我国规范中管板设计计算理论 ⒈影响管板强度、刚度的主要因素： (1)管束对管板的支承作用: 将管板看作放在管束这个弹性基础上的圆平板
(管束对管板起弹性支承作用) 管子对管板弹性作用 对管板挠度约束※ 对管板转角约束→对管板强度影响小， 可忽略 管束对管板支承作用 大小随结构形式不同 固定式—支承作用最显著 U形式—无支承作用 浮填式—管束可自由伸长, 但两管板 变形通过管束相互制约而 存在支承作用， 介于上两者之间

60 (2)管孔对管板强度影响: 一方面: 管板上开孔 另一方面: 管子固定在管板上，对管板有一定加强作用, →抵消部分峰值应力 考虑管板整体削弱， 而忽略孔边应力集中(在疲劳设计时考虑) 视管板→均匀连续削弱的当量圆平板 (3)管板周边支承形式影响: 不同支承形式→管板 均不一样 应力 挠度

61 (4)Δt对管板影响： 除上述因素外，根据具体结构还要考虑： a.法兰力矩； b.最大压力作用位置； c.折流板间距等。

62 2.我国规范理论基础 以Miler法为基础，又有所区别： ⑴Miler法的基本假设： a.管束与管板联结无滑动(否则影响管束对管板的支承作用) b.管板挠度很小，且忽略管束对管板转角约束 c.管束有折流板等部件的支承，不会产生弯曲和下垂 d.管子均匀分布在整个管板上，把管束看作管板的弹性基础 e.管板→视同样直径、厚度 / 均匀开孔受载的圆平板 f.管子→对管板约束力→视一个连续非均布力作用于管板上 ※ ⑵我国规范： 把实际的管板简化为: 承受均布载荷、放置在弹性基础上且 受管孔均匀削弱的当量圆平板。

63 在Miler法基础上，又考虑了以下几方面对管板应力的影响：
a.管板兼作法兰，考虑了法兰力矩作用 b.考虑了管板周边不布管区对管板边缘的应力影响使管板 边缘的σ下降 c.管板边缘的转向受壳体法兰蛔栓垫中系统的约束转角在 连接处协调 d.设计准则: 运用了应力分类的概念，对不同的应力采用 不同的许用值 3.管板受力分析： 图6-28

64 过程设备设计 内力共 14个 图6-28 管板与其相关元件的内力分析图

65 过程设备设计 VG Vb 作用在垫片上的 轴向内力 VG 与作用在螺栓圆上的 螺栓力 Vb 图6-27 管板与其相关 元件的内力分析图

66 过程设备设计 Hs Vs Ms 边缘弯矩Ms 横向剪力Hs 轴向力Vs 图6-27 管板与其相关 元件的内力分析图

67 弯矩 MR 径向力 HR 轴向剪力 VR 作用在环形的不布管区 与壳体法兰之间即半径 为R处的: 图6-27 管板与其相关 元件的内力分析图
过程设备设计 MR HR VR 作用在环形的不布管区 与壳体法兰之间即半径 为R处的: 弯矩 MR 径向力 HR 轴向剪力 VR 图6-27 管板与其相关 元件的内力分析图

68 边缘弯矩Mf 径向剪力Hf 边缘剪力Vf 作用在管板布管区 与边缘环板连接处 即半径为Rt处的: 图6-27 管板与其相关 元件的内力分析图
过程设备设计 Mf Vf Hf 作用在管板布管区 与边缘环板连接处 即半径为Rt处的: 边缘弯矩Mf 径向剪力Hf 边缘剪力Vf 图6-27 管板与其相关 元件的内力分析图

69 (三)管板计算 ⒈ 固定管板换热器 ⑴危险工况的组合: 在进行管板设计时, 应根据设计条件考虑下列危险工况的组合：
①只有壳程压力ps，而管程压力pt=0，不计热膨胀差(Δt=0) ②只有壳程压力ps，而管程压力pt=0，同时考虑热膨胀差 ③只有管程压力pt，而壳程压力ps=0，不计热膨胀差 ④只有管程压力pt，而壳程压力ps=0，同时考虑热膨胀差 注: 如ps和pt之一为负压时，还应考虑压差的危险组合 1,3两种工况算出的最大应力属一次弯曲应力 2,4两种工况算出的最大应力属一次应力加上二次应力

70 ⑵应力校核: 校核条件 无温差(只有p) 有温差(p、△t) 管板应力 壳体轴向应力 管子轴向应力 拉脱力

71 管板延长部分兼做法兰, 校核壳体法兰应力: 换热管与管板连接的许用拉脱力: 单位: MPa 换热管与管板连接结构形式 [q] 胀接 钢管 管端不卷边，管孔不开槽 2 管端卷边或管孔开槽 4 有色金属管 管孔开槽 3 焊接(钢管，有色金属管) 0.5[σ]tt

72 应力的调整措施: a.若管板应力不满足 b.若壳体轴向应力不满足 c.若管子轴向应力不满足 d.若拉脱力不满足

73 ⒉ 浮头式、填料函式换热器 应力校核： 换热管轴向应力应按下列三种工况分别计算和校核： (1)只有ps，而pt=0 (2)只有pt，而ps=0 (3)ps、pt同时作用

74 ⒊ U形管式换热器 应力校核： 一般情况下，按下列三种工况分别计算和校核： (1)只有ps，而pt=0 (2)只有pt，而ps=0 (3)ps、pt同时作用

75 ⒋ 薄管板设计： 查表6-3 表6-3 薄管板的厚度 公称 直径 300~ 400 500~ 600 700~ 800 900~ 1200 1400~ 1800 管板 厚度 8 10 12 14 16

76 ⒌ 管板设计计算软件： SW6：内压M01，外压M02，开孔补强M03， 法兰M04，静密封M05，固定式管板M06， 浮头、填料、U型管板M07，U型膨胀节M08， 局部应力M09，异型容器M10.

77 四、膨胀节设计 ⒈ 作用: 降低σ△t (但不能消除) / 防震，消震 ——起补偿轴向变形的作用
⒉ 特点: 轴向挠性↑，较小的轴向力→产生较大变形。 　　　　S膨↓→柔度↑，补偿能力↑。 ⒊ 形式: 平板形—用于D↑，Δt↓的常压或真空设备， 制造简单，但挠性差。 Ω 形—用于D↓，p↓的设备，在焊接处易产生 较大应力，且焊缝不易焊透。 ★U 形—最常用，图6-29，结构简单，使用可靠， 制造方便。

78 过程设备设计 图6-29 U形膨胀节

79 ⒋ 结构: a.可单波, 多波(补偿量↑) / 可单层板, 多层板(补偿量↑);
b.可整体成型，也可由两个半波拚焊而成; c.内衬筒：使壳程流体阻力↓ / 避免流体走旁路→ 减少对膨胀节的磨损; d.最低点有排液孔(对卧式) 膨胀节设置内衬筒时应注意： a.衬筒厚度不小于2mm, 且不大于膨胀节的厚度; 长度一般应超过膨胀节波长 b.衬筒在迎着流体流动方向一端与圆筒焊接 c.在结构设计和制造时，应考虑衬筒对管束组装的影响

80 流体流动方向

81 ⒌ 计算方法: 目前，有许多计算膨胀节近似方法 共同点: 以材料力学方法对膨胀节进行简化 梁 / 曲杆 / 环板

82 我国: 以前(77年前)—采用苏联Г·维赫曼法，
此法不完善，现在不用 现在—采用美国EJMA标准(美膨胀节制造者协会) 全称: Expansion Joint Manufactures Association ⒍ 设计计算内容: ⑴判断是否设膨胀节 ⑵选择计算公式—强度计算 ⑶应力评定—强、疲校核 参见GB16749《压力容器波形膨胀节》 在进行膨胀节计算过程中，不可避免需调整膨几何尺寸， 可按下述原则处理： Δt↑，p↓—h↑，δp↓ Δt ↓，p↑—h↓，δp↑ m↑(层数), n↑(波数)—弹性↑, 强度↑ (有利于应力状况的改善)

83 五、管束震动和防止 问题: 1.当壳程流体横向流过管束时，在哪些部位易引起振动？ 2.管子振动可能导致哪些后果？
3.换热器流体诱导振动主要指什么方向诱导振动？ 4.横向流诱发振动的主要原因？ 5.在什么情况下，可不考虑声振动？ 6.防振措施有哪些？ 注意: 振动不一定损坏。只有振幅↑，引起管子撞击或疲劳， →导致管子失效→损坏

84 六、设计方法 设计原则: 在满足工艺过程要求的前提下, 换热器应达到 安全与经济的目标。 设计步骤: 如图6-30