1、 TEMA规格的管壳式换热器设计原则摘引自PERRYS CHEMICAL ENGINEERS HANDBOOK 1999 设计中的一般考虑流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时,会采用某些通则。管程的流体的腐蚀性较强,或是较脏、压力较高。壳程则会是高粘度流体或某种气体。当管/壳程流体中的某一种要用到合金结构时,“碳钢壳体+合金管侧部件”比之“接触壳程流体部件全用合金+碳钢管箱”的方案要较为节省费用。清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。对于给定的压降,壳侧的传热系数较管侧的要高。换热器

　　2、的停运*通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。建造规则“压力容器建造规则,**册”也就是ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1, 用作换热器的建造规则时提供了*低标准。一般此标准的*新版每3年出版发行一次。期间的修改以附录形式每半年出一次。在美国和加拿大的很多地方,遵循ASME 规则上的要求是强制性的。*初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。但现在已包含了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定,并且还包含了一个非强制性的有关管子-管板接头的附件。目前ASME 正在开发用于换热器的其他规则。列管式换热器制造商协会标准, 第6版. 1978 (通常引称

　　3、为TEMA 标准*, 用在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中,对ASME规则的补充和说明。TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。按本标准制造的设备,设计目的在于在此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途”*译者注:这已经不是*新版的,现在已经出到1999年第8版3种建造标准的机械设计要求都是一样的。各TEMA级别之间的差异很小,并已由Rubin 在Hydrocarbon Process. 59, 92 (June 1980 上做了归列。

　　4、TEMA标准所讨论的主题是:命名原则、制造公差、检验、保证、管子、壳体、折流板和支撑板,浮头、垫片、管板、管箱、管嘴、法兰连接端及紧固件、材料规范以及抗结垢问题。API Standard 660, 4th ed. 1982*,一般炼油用途的管壳式换热器是由美国炼油协会出版的,以补充TEMA标准和ASME规范。很多从事化学和石油加工的公司都有其自己的标准以对以上各种要求作出补充。关于规范、标准和个客户的规定之间的关系已由F. L. Rubin编辑结集,由ASME 在1979年出版了(参见佩里化学工程师手册第6章关于压力容器规则的讨论。*译者注:这已经不是*新版的,现在已经出到2001年第6版换

　　5、热器的设计压力和设计温度通常在确定时都在预计的工作条件上又给了一个安全裕量。一般设计压力比操作中的预计*高压力或关泵时的*高压力要高大约172KPa(25 Psi;而设计温度则通常较*高工作温度高14°C (25°F。管束振动随着折流板换热器被设计用于流量和压降越来越高的场合,由管子振动带来的损标准分享网 免费下载坏日益严重。处理这种问题*为有效的办法就是通过采用只会有助于纵向流动的管子支撑档板而避免出现错流情况。但是即使如此,仍需对壳程管嘴入口下方的管束区严加注意:此处的流动是从壳体侧面引入的。TEMA 标准中专门为此设立了一章。一般说来,管子的振动机理是:漩涡脱体流体错

　　6、流流过管子时的漩涡脱体频率可能会与管子的固有频率相符,进而激发起很大的共振振幅。流体弹性耦合流过管子的流体导致管子发生涡动式的振动。当流速超过某临界值时,流体弹性耦合的机制出现,振动就变为自激振动,振幅增长。这一机理在遭受振动破坏的工艺换热器上经常发生。压力脉动由紧随在圆柱体之后或由上游带往圆柱体而发生的湍流压力波动会给管子的振动造成潜在的机理。管子会对接近其固有频率的那部分能谱作出响应。声耦合当壳程流体为低密度的气体时, 假如壳程驻波的相位和从管子上脱落的漩涡频率相位相同,声学共振或耦合就会发生。驻波垂直于管子的轴线和错流的方向。管子的损坏很少会发生,但是其噪声会令人非常难受。检查当预制完毕

　　7、或是维护期间,如能对列管式换热器的壳程做水压试验以便在管头侧做外观检验则是很理想的。这样就很能容易地确定泄漏管子的位置并做出维修。假如确定出的漏点无法从管端接近,则有必要对所有的管子-管板连接做再轧制或重焊接,而这有可能给完好的连接处带来损害。换热器泄漏的测试已有Rubin 在Chem. Eng. 68, (July 24, 1961上做了研究。性能换热器的性能测试已由美国化学工程师学会在“换热器测试标准程序**部分:管壳式设备的显热传导”中做了描述。主要的结构形式图11-36所示为TEMA规格的管壳式换热器的结构细节。有关此类及其他类型的换热器的详细讨论见下面数节。固定管板式

　　8、换热器固定管板式换热器(图.11-36b 的使用较其他各种换热器更为频繁,并且其使用频率近年来日益提高。其管板是焊在壳体上的。一般其管板会在壳体上延伸出去兼做与管侧联箱相紧固连接的法兰。这种结构的换热器需要壳体与管板的材料可以相互焊接。假如两部分的材质不能相互焊接,则使用一种“盲死的”垫片结构。一旦设备制造好,这种盲垫片在维修时无法触及和更换。这种结构的换热器可用于在真空下操作的蒸汽表面冷凝器。管程的联箱(或管箱可能会如图11-35所示的C型或N型是焊到管板上的。焊上以后的结构比B/M或A/L型管箱的优势在于花钱更少,并且可在不必扰动管侧连接的情况下对换热管做检测和更换。 对于管侧的程数没有限

　　9、制。而壳侧的程数可以取1也可以更多尽管多于两程的壳体比较少见应用。布管可以完全填满换热器的壳体。在布管区*外层和壳体之间所留的间隙仅是为了制造时的*低需要。而在壳体内部与折流板之间也必须留有一定的间隙以便折流板可以滑入壳体。由于制造公差的缘故在折流挡板的外缘和布管区*外层之间还要留有一定的附加间隙。在外管限(OTL和折流挡板直径间的边距必须留的足够以防止管子因为振动而穿透挡板上的开孔。布管区*外层的管子必须限制在OTL之内。在壳体内径和OTL之间的间隙:对壳体内径为635mm及以上的换热器,间隙为13mm;对内径为254至610mm 的钢管制壳体换热器,间隙为11mm;对于更小的钢管制壳体间隙

　　10、可取得更小些。管子是可以更换的。管侧联箱,管箱盖板,垫片等都是易于检修和更换的。而壳程的挡板结构和盲垫片则是不可拆卸的。移走管子时管子可能会在壳体内断裂,假如有此情况发生,则想再移走或是更换此管子都是极为困难的。通常采取的做法是将管板上的相应洞口堵死。由于热膨胀的长度不同,会使壳体和管子的长度产生差异,引发不均匀膨胀。可以使用各种膨胀节以消除由于膨胀引起的过剩的应力。是否需要使用膨胀节取决于不均匀膨胀的量以及预期的操作循环工况。可以使用的膨胀节有很多种。(图.11-37.标准分享网 免费下载 a. Flat plates(平板式.两块同心的平行板,其外边缘处有一连杆。平板可以挠曲以对局部膨胀作

　　11、出某些修正。此种设计通常用于真空及表压低于103Kpa的场合。局部膨胀发生时所有的焊点都受到危险应力。b. Flanged-only heads(凸缘接头式? .两片平板是凸缘式的,或弧形的。接头的直径一般要比壳体直径大203mm(或以上. 局部膨胀发生时在壳体上的焊点仍承受前述的应力,但是连接接头的部分所受应力则因为弧形的形状而要小一些。c. Flared shell or pipe segments(扩径壳体或扩口管段.壳体扩径以连接一管段,或管段剖半或一剖四以做成一个环。d. Formed heads(成型加工头.可用形式为:一对碟型或椭圆型或凸缘碟型头。两部分焊在一起或是用一环形连接。

　　12、该连接形式类似于凸缘接头式膨胀节但所受应力明显要小。e. Flanged and flued heads(凸缘接头加烟道孔式.一对凸缘式接头上带有两个同心反向烟道孔。由于此烟道操作这对接头的费用较高。接头呈弧形降低了壳体上和连接部焊点所承受的应力。f. Toroidal (环形膨胀节.环形膨胀节在数学上可以预期有一个较低量级的平滑的应力模型。其*大应力点在波纹的侧壁,*小应力点在波纹的顶部和底部。前述设计已经由Kopp 和Sayre在“Expansion Joints for Heat Exchangers” (ASME Misc. Pap. vol. 6, no. 211中作为环形膨胀圈加

　　13、以研究过。所有的对象都属于静不定问题,但通过引进各种简化假定而做了分析。目前工业上使用某些膨胀节比之于上文中所讨论的模型属于更薄壁的结构。g. Bellows(波纹管.有众多生产厂家制造薄壁型波纹管膨胀节。此类设计用于局部膨胀场合并针对轴向位移、横向位移和循环寿命做了测试。波纹管材质可能是不锈钢、镍基合金或紫铜的(铝,蒙奈尔,磷青铜和钛质波纹管也有见制造。 一般还提供与换热器壳体材质相同的焊接短管。波纹管可能是用一张板材液压制造的或是有几个部分焊成的。通常也会提供碳钢制保温包壳以保护轻型波纹管换热器免于损坏。此包壳也能防止保温材料对波纹管位移的妨碍(见h.h. Toroidal bellows

　　14、(环形波纹管. 波纹管膨胀节做了一些改进以适应高压工况,其位移被薄壁小直径的环形波纹管所吸收。因此高压部件的厚度相应的降低。(见f .带有薄壁波纹管或环形膨胀节的换热器在制造、运输、安装和维修中的不当处理都会损坏其膨胀节。在大型设备上此类薄壁膨胀节特别易于受损,某些设计人员更乐于使用厚壁的成型加工头型膨胀节。化工装置上所需要的膨胀节的是凸缘接头加烟道孔式膨胀节。但使用薄壁型波纹管膨胀节的趋势日益明显。U型管换热器(图.11-36d 此类管束包括一个固定端管板和U型管(发夹管,以及折流挡板和支撑板,相应的拉杆和定距器。管束可以从壳体中抽出。此外还有管程联箱(固定端管箱以及壳体和焊在壳体上的整体式

　　15、壳盖。每根换热管都可以自由膨胀,或者都可以不受彼此影响的易于维护。 U型管束的优势在于:有可拆卸管束结构的换热器中U型管束的外管限(OTL与壳体内径之间间隙*小。其间隙与固定管板换热器的间隙相同。对于给定的管板,U型管束的管子开孔数比固定管板换热器的要少,因为将管子弯成小半径弯头是有限度的。U型管的设计还有一个好处就是降低了膨胀节的使用数目。对于高压设备结构,这一特性对于降低初始费用和维护费用都是非常重要的。液体清洗技术可以脱除换热管中U型段和直管段的污垢残渣,U型管换热器的使用随着液体清洗技术的发展而日趋增长。U型管内部的机械清洗已由John在Chem. Eng. 66, (

　　16、Dec. 14, 1959做了描述。杆子和常规的机械换热管清洗工具不能从U型管的一头通到另一头。可以采用机械驱动式换热管清洗器,以清洗U型管的直管和弯头部分。使用冲压式雾化喷嘴的高压水射流以清洗可拆卸式管束的内部和外部表面已由Canaday 在“Hydraulic Jetting Tools for Cleaning Heat Exchangers,”(ASME Pap. 58-A-217, unpublished中做了报道。标准分享网 免费下载储罐抽吸加热器示如图.11-38, 即带有U型管束。这种设计经常用于室外储藏重燃料油和焦油或糖浆的储罐,这些流体的粘度必须降低以后才便于泵送。通常管侧

　　17、的加热介质是蒸汽。加热器壳体的一端是开放式的,被加热的液体就通过管子的外侧。不必对整个储罐的介质加热就可以降低了泵送的费用。如果是光管或整体式低翅片管,则会使用则流荡办,如使用的是纵向低翅片管,就不必使用折流挡板。使用翅片管通常是为了尽量减小这类流体的结构问题。 釜式再沸器,蒸发器等经常是使用U型管束而截面放大外壳以利于汽-液分离的换热器。在此U型管束替代了图.11-36e中的浮头式管束。使用紫铜管子、铸铁联箱、其余部分为碳钢的U型管换热器经常用于办公楼、学校、医院和宾馆等处的水-汽加热。非铁基管板或海军铜或90-10 铜-镍合金管是*常用的代用材料。标准型号的此类换热器有众多制造厂家,其价格

　　18、比起客户定制的加工工业设备要低得多。填料-灯笼环式换热器(图.11-36f 这种结构的换热器直管-可拆卸式换热器中*为廉价的。壳程和管程的流体被安装在浮动管板端的各自的填料圈所分隔,两填料圈之间是一个灯笼环。灯笼环上自带泪孔。假如有流体漏过填料则会穿过泪孔滴到地上。填料盘根的泄漏不会导致换热器内部两种流体的混合。 浮动管板的厚度应足够宽,足以容纳两道填料圈、灯笼环和不均匀膨胀效应。有时候在比较薄的管板上还要加上一道小裙筒,以给填料圈和灯笼环提供足够的支承面积。这种结构的换热器的外管限(OTL与壳体内径间隙要比固定管板式和U型管束式换热器的间隙稍高。假如使用了浮动管板端的裙筒则还会增大二者的间隙

　　19、没有裙筒时间隙的取值也要为胀管时靠近外边缘处管子开孔的变形或焊管时浮动管板的变形留有裕度。填料-灯笼环式换热器结构一般限于设计温度低于191°C 并且限于水、蒸汽、空气及润滑油等缓和工况下才能应用。设计的表压:对管制壳体换热器不超过2068kPa;对DN610至1067mm的换热器壳体不超过1034kPa。外填料函-浮头式换热器(图.11-36c 壳程流体由填料环所限制,此填料受填料函里的密封垫压圈所压。这种结构形式的换热器多见于化工装置,不过近年来使用的越来越少。可移动式管束结构可以调节壳体与管子间的不均匀膨胀。使用的环境:其壳程的设计表压不超过4137 kPa316°

　　20、C .对其管程的程数及管程的设计压力与温度未见限制。在化工装置中外填料函-浮头式换热器是*为常见的管束可拆卸型换热器。浮头管板裙,也就是接触填料圈的地方,需要高级的机械精加工。在浮头管板裙上,有一个剖分环被塞入开槽之中。工作时,一个活套靠背法兰受剖分环的约束来跟换热器的外浮头端盖通过螺栓连接。 浮头端盖通常是一块圆盘。假如管侧程数为奇数,在浮头端盖上还可以安装一个轴向管嘴。假如需要的是侧向管嘴,则园盘就会换成碟形头盖或是管箱筒体,然后象图11-36f中那样,将筒体与浮头端盖和浮头管板裙用螺栓连接。此类换热器的外管限OTL接近于浮头管板裙的内径,但是比前面所讨论任何一种换热器结构的OTL-壳体内

　　21、径间隙都要大。管束OTL和壳体内径之间的间隙:对钢管制壳体的小直径换热器间隙为22 mm (7/8 in;对钢管制壳体的大直径换热器间隙为44 mm (1-3/4in;对中等直径的板制壳体换热器其间隙要求为58 mm (2-1/16 in。内浮头式换热器(图.11-36a 内浮头换热器设计在炼油工业上得到了广泛的应用,但近些年来其使用正在减少。 标准分享网 免费下载其管束是可以拆卸的,而浮动管板的位移(或称浮动可以吸收壳体和管子间的不均匀膨胀。其外管限OTL接近于浮头端的内垫片直径。壳体与OTL之间的间隙为:对钢管制壳体的换热器间隙为28 mm (1-1/8in;对中等直径的板制壳体换热器其间

　　22、隙要求为37 mm (1-7/16 in.浮头盖和浮动管板之间通常是由对分式钩圈和螺栓紧固件连接起来的其位置在壳体末端之外、直径较大的壳盖之内。壳盖,分体式钩圈和浮头盖在维修时必须先拆下来,管束才能抽出换热器的外壳。换热器的管侧程数为偶数时,浮头盖板作用就是管侧流体的回流箱盖,而当管侧程数为奇数时,必须从浮头盖上引一根管嘴线从外壳盖上穿出。这种情况下必须采取措施防止不均匀膨胀和预备管束的拆卸。可抽式浮头换热器(图.11-36e 这种换热器的结构类似与内浮头式带钩圈换热器,只是其浮头盖上的螺栓直接上在浮头管板上。不必对换热器壳盖或浮头盖做任何拆动就可以将管束从壳体中抽出。这一特点减少了检修时的维

　　23、护时间。外管限与壳体之间的间隙必须较大才能提供浮头盖上的垫片和紧固件空间。其间隙是钩圈式设计的2倍到2.5倍。经常要用到密封带和挡管以降低管束上的旁路现象。 降膜换热器降膜式管壳换热器的开发使其可以用于广泛的用途,并已由Sack在Chem. Eng. Prog. 63, 55 (July 1967上做了说明。流体自垂直列管的顶部进入。分布器或开槽小管将液体分成薄膜沿管子那表面流动。液体依附于管表面向管子底部流动。液膜就此被管外合适传热介质所冷却,加热,汽化或凝结。管状分布器的研制可用于多种用途。带膨胀节或无膨胀节的固定管板换热器,或外填料头的设计都可以采用。主要的优点在于热传导率高、无内部压

　　24、降,接触时间短(这点对于热敏性物质很重要、便于清洗传热管以及,在某些情况下可以防止两侧流体泄漏。这种降膜式换热器可用于多种用途,有如下列各段所述。液体冷却器及冷凝器污浊的水可以用作冷却介质。此冷却器的顶端敞开通大气,以便于使用换热管。这样就不必使冷却器停运而在线清洗:将分布器一个一个的拿开对换热管进行清洗。蒸发器这在硝酸铵、尿素等热敏性化学物质的浓缩上应用的非常广泛,此时接触时间越短越好。有时空气被引入引入管内以降低高沸点液体的分压。此种蒸发器可以承压也可真空操作,并可在顶部或底部加蒸汽脱除设备。吸收器这里面是一种两相流系统。吸收剂呈薄膜流在管内下流,同时被管外的冷却剂所冷却。这层液膜吸收了引

　　25、入管内的气体。操作可以是并流的也可以是逆流的。冷冻器通过冷却降膜直至其凝点,这类换热器可将多种化学品转变成固态。*常见的应用就是标准冰块及对二氯苯的生产。为了分离同分异构体就要使用选择性冷冻的方法。通过熔化固态物质和多级冷冻,就可得到更高纯度的产品。壳体结构壳体尺寸DN305-mm (12-in的换热器的壳体一般是由标准壁厚的钢制公称管制成; 356 mm (14in DN610 mm (24in的壳体是由9.5-mm (3/8-in 壁厚的管子制成; 更大的换热器壳体则是使用钢板通过不连续间隔的轧辊制成。壳体内径和外管限OTL的间隙在前文结合换热器的不同结构类型而做了讨论。下列公式可供用于估

　　26、算各种管束尺寸和管程程数下的管子根数。这个估算的数字包括了要将管子移走一部分以提供壳程管嘴的入口区(假定管嘴尺寸是壳体直径的五分之一。由于其他参数:设计压力、腐蚀裕度,折流挡板的切割率,密封带等等的有着很大影响,这仅仅是作为一个估算值。确切的管子根数统计是大多数享有盛名的设计软件包的一部分功能,一般也仅用于*终的施工设计。正三角形排管:管心矩等于换热管外径的1.25倍:C = 0.75 (D/d - 36; 其中,D = 管束外径 d = 换热管外径**范围: -24 C 24. N t为管子根数1管程: N t = 1298. + 74.86C + 1.283C2 - .0078C3 - .

　　27、0006C4(11-74a2管程: N t = 1266. + 73.58C + 1.234C2 - .0071C3 - .0005C4(11-74b4管程: N t = 1196. + 70.79C + 1.180C2 - .0059C3 - .0004C4(11-74c6管程: N t = 1166. + 70.72C + 1.269C2 - .0074C3 - .0006C4(11-74d正方形排管:管心矩等于换热管外径的1.25倍:C = (D/d - 36; 其中,D = 管束外径 d = 换热管外径**范围: -24 C 24. N t为管子根数1管程: N t = 593.6 +

　　28、 33.52C + .3782C2 - .0012C3 + .0001C4(11-75a2管程: N t = 578.8 + 33.36C + .3847C2 - .0013C3 + .0001C4(11-75b4管程: N t = 562.0 + 33.04C + .3661C2 - .0016C3 + .0002C4(11-75c6管程: N t = 550.4 + 32.49C + .3873C2 - .0013C3 + .0001C4(11-75d壳侧的布置:单壳程壳体(图.11-35E 是*为常见的布置。单组分蒸汽的冷凝器(如真空冷凝和蒸汽冷凝经常会将管嘴移到壳体的中心。标准分享网

　　29、免费下载加上一个连续的隔板就成了一个双壳程壳体(图.11-35F。可以通过保温隔热来提高热效率(参见关于挡板的进一步讨论。双壳程壳体比起两台串连的换热器可在较低的开支下提高热效率。分流壳体(图.11-35G, 其纵向挡板可以是实心的也可以是开孔的。对于蒸汽冷凝会用到后一种特性。双分流壳体设计如图.11-35H. 其纵向挡板可以是实心的也可以是开孔的。无挡板分流壳体设计(图.11-35J, 机械上说很像单壳程壳体只是多了一个管嘴。无挡板分流设计用于满足低压降要求。釜式重沸器壳体示如图.11-35K. 假如泡核沸腾在壳侧发生,则此通用设计可以在管束之上提供足够的用于汽液分离的顶部空间,并且在液堰和

　　30、壳盖之间还有一定的缓冲空间。管侧结构管侧联箱:管侧联箱又名管箱,带有一个或多个管嘴。封头管箱(图.11-35B 以紧固件与壳体连接。如想检测管端情况必须移动封头管箱。图.11-36b 中的固定管板换热器两头都是封头管箱。平盖管箱(图.11-35A 带有一个可拆卸的管箱平盖. 如要检查管端,只要卸掉管箱盖而不会影响管箱管嘴上所连接的管道。平盖管箱可以按照图.11-36a 和c 所示那样用紧固件与壳体连接。图.11-35中的C和N型管箱是焊在管板上的。这种结构的设计其开支与封头管箱相类似,但其优点在于:可以检视换热管而不必影响管箱管嘴上所连接的管道,而且不会有垫片接缝的问题。特殊高压管箱(图.11

　　31、-35D 这种管箱的壳以及管板一般均为锻制的。而可拆卸式管箱盖板是用水压来就位的。而一个承受着剪切应力的剪切环则会吸收端面压力。对于(设计压力在6205 kPa以上的情况,这种设计一般来说比螺栓连接更为经济合算,因为后者随着压力的增长为将端面压力控制在螺栓的可承受压力之内必须使用较大的法兰。此管箱内部的相对轻型的分程档板是用于引导管程流体的流向,但其设计压力只需承受管束的压降。管程程数大多数换热器的管程程数均为偶数。固定管板式换热器(没有外壳盖通常都有一个无管嘴的回流管箱如图.11-35M所示;而L型和N型的后端结构形式也是可用的。所有的可拆卸管束结构的设计中,除了U型管换热器而外,都有浮头盖

　　32、板以导引管程流体在浮动管板处的流动方向。换热管标准换热管的的外径为1/4,3/8,1/2,5/8,3/4,1,1-1/4, 以及1-1/2英寸。(in×25.4 = mm. 管壁厚是用伯明翰线规单位来度量的(在TEMA 第9章中列有一张综合表,表D-7标出了换热管的外径,BWG值和壁厚等特性参数。在化工装置和炼油装置上*常用的换热管外径规格是19和25-mm (3/4-in和1-in的。换热管标准长度为8, 10, 12, 16,及20 英尺, 其中20英尺是现在*常用的(ft×0.3048 = m。制造公差对于钢制、不锈钢或镍基合金的换热管,其制造加工中控制的或者是平均壁

　　33、厚或者是*小壁厚。无缝碳钢换热管的*小厚度变化范围是公称壁厚的020%。平均壁厚无缝换热管(Average-wall seamless tubing的加工中允许有±10%的变化。碳钢焊接换热管的制造公差更小一些:*小壁厚的018%,或平均壁厚的± 9%。铝、紫铜及其合金制造的换热管延展拉伸比较容易,通常是使用其*小壁厚定义制造公差的。习惯上定义换热器表面积是以换热管的外表面有多少平方英尺来确定的。有效外测换热面积则基于两侧管板内表面见换热管的长度计算。大多数换热器的总表面积和有效表面积之间差别不大。一般只有在高压换热器和双管板换热器设计结构上这两者之间的差别才会较大。整体式

　　34、翅片管,可由多种合金制造,其尺寸也多种多样。这种换热管可用于管壳式换热器。其翅片是由厚壁管上径向挤压而成,规格一般为:高1.6mm,间距1.33mm(每英寸19片或高3.2mm,间距2.3mm(每英寸11片。其外表面积大约是同等直径的光管外表面积的2.5倍。还有一种规格是高0.93mm,间距0.91mm(每英寸28片,其外表面积相当于光管的约3.5倍。翅片管的管端是公称直径的光管,公称直径的取法是使翅片高度略小于公称直径。翅片管可以插入常规管束之中,并可以与管板按常规光管的方法胀接或焊接。图.11-39所示为一根整体式翅片管以双胀接槽胀接至管板上,出口扩口。整体式翅片管已有工业制造但是应用很有

　　35、限。 纵向翅片在套管式换热器的内管外表面上应用很普遍。也可以用此类管子制造U型管和常规可拆卸管束。其外表面/内表面的比例一般为10或15:1。横向翅片换热管上的横向翅片在低压的气体换热上有所应用。主要的应用是空冷器(佩里化学工程师手册另有专门章节讨论空冷,不过也有在运的管壳式换热器中使用此类管子的。换热管的轧制连接换热管与管板间的胀接是标准型式。轧制良好的换热管均匀致密,使得管子折断、应力腐蚀、管板连接处的推出或胀大以及管板凸出变形等可能降至*小。管子在管板上的胀接长度为管子直径的2倍,或50mm或管板厚度减3mm。一般换热管都要经过轧制已备*后这一道工序。但是管板胀接面积不能超越在壳程的管板

　　36、部分,否则要拆除这样的管子将极为困难。换热管的拆除及轧制的手段及工具已由John 在Chem. Eng. 66, 7780 (Dec. 28, 1959上做了讨论,而轧制技术的论文可见Bach在Pet. Refiner, 39, 8,104 (1960。换热管的末端可以是凸出的、与管板齐平的、扩口的或是卷边的(按其使用次序列出。端部扩口管或喇叭口管一般仅限于冷凝用水的场合,作用在于减少管入口处的磨蚀。对一般的条件缓和的加工要求,表压在2058 kPa (300 lbf/in2 以下,温度在177°C (350°F以下的,无标准分享网 免费下载槽口管板开孔属于标准形式。其他

　　37、情况下使用胀接管时通常每个管孔上开两道胀管槽。槽子的数目有时为与管板的厚度相适应会变为1道或3道。将管子胀入带槽的管孔使得连接更为坚固,但是拆除是也更为困难。换热管的焊接连接当结构所使用的材料合适时,换热管的管端可以焊在管板上。焊接接头可以是密封焊“以提供超出管材轧制要求的附加的密封性能”或者式采用强度焊。人们发现强度焊在非常苛刻的条件下也能提供令人满意的性能。焊接连接部位在焊接完毕前后可以采用轧制也可以不再轧制。关于管端焊接的变量问题已经由Emhardt在“Heat Exchanger Tube-to-Tubesheet Joints,”ASME Pap. 69-WA/HT-47;以及Rey

　　38、nolds在“Tube Welding for Conventional and Nuclear Power Plant Heat Exchangers”ASME Pap. 69-WA/HT-24(于1969年11月在ASME年会上宣读做了探讨,但这是两篇未公开发表的论文。焊接之前对管端的轧制可能会在管孔中给胀管器给留下润滑液。正常操作以及检修时导致的的结构现象会在管端及其附近留下各种杂质。在如此条件下想获得满意的焊接效果几乎是不可能的因为管端的焊接需要在待焊接区域保持极度的清洁。焊接后的胀管对低压和中压Satisfactory welds are rarely 工况是有用的。而在高压工况下,

　　39、轧管并不能避免焊接失效后的泄漏问题。双管板连接这种设计可以预防管/壳程流体在管子与管板连接处的彼此泄漏,而管子-管板连接处一般就是全换热器中*容易泄漏的位置。在双管板连接的设计中,此处的任何泄漏都会有流体渗入管板之间的缝隙里。但是双管板连接机械设计,制造以及维修都需要特别的考虑。挡板与管束管束是列管式换热器上*为重要的部分。管束一般而言构成了换热器中*为昂贵的部件,同时也是*易受腐蚀的部件。管板和挡板或支撑板,拉杆,一般还有定距器一起就构成了管束。*小挡板间距一般取壳体直径的五分之一且不小于50.8mm。*大挡板间距要受给换热管提供足够支撑这一要求的限制。*大无支撑管子跨距=74 d0.75

　　40、(其中d=以管子外径,单位为英寸。对于铝、铜及其合金,*大无支撑跨距大约降低12%。挡板的作用是为了传热用途。假如以传热考虑壳程的挡板没有必要,比如在冷凝器或再沸器上的情况,则要安装换热管的支撑板。共性折流板弓形的或错流折流板是标准结构。可以使用的类型有单弓形、双弓形及三弓形折流板。折流板的切割如图.11-40中所示。对**的折流板间距,双弓形折流板可以降低错流的流速。三弓形折流板可以降低错流和纵向的流速,被称为“窗口切割式”折流板。折流板的切割的表示方法为弓形的高度与壳体内径之比。水平切口错流式折流板示如图.11-36a, c,以及f。这种布置对卧式冷凝器并不理想,因为凝液可能会滞留在折流板

　　41、之间,对比较脏的流体而言,杂质也会沉淀下来。竖直切口折流板的使用就可以使带凝液或沉淀物的流体在卧式换热器中侧向流动。折流板上开有缺口以保证停运时可以排干凝液。(缺口也会导致正常操作时管束上的旁路现象。管子*常用的排布方式是管心矩为正三角形;对可拆卸式管束,排成正方形的主要目的是为了机械清洗。 折流板*大切割率对单弓形折流板一般限制在45%,这样每对折流板就可以支撑住全部的换热管。随管束提供的折流板切割率一般都会控制至少有一排管子是穿过所有的折流板(或支撑板的。些管子就把管束穿在一起。在管壳式换热器中,假如采用的是水平切口折流板以及卧式分程挡板以引导管程流体在管箱内的流动,要想使至少一排管子穿过所有折流板的话,则对小直径换热器,折流板*大切割率为33%,对较大的壳体,*大切割率为40%。强制对流情况下*大壳程传热率显然是由于错流流体以某个正确的角度穿过管子而得到的。为了使这种流行能变得*大,某些换热器制造时带有弓形切割折流板,布管应用了“窗口区(折流板切割部位不布管”方案。这样扩大折流板间距也就等同与扩大管子的无支撑跨距,而在常规的折流板布置中,*大间距只能为此跨度的一半。对窗口不布管方案的*大折流板间距在有中间

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