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管壳式/浮头式换热器结构详解1

管壳式换热器结构



管壳式换热器主要有固定管板换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式的浮头换热器等结构型式,固定管板换热器因结构简单,制造成本低,能得到较小的壳体内径,管程可分成多样,壳程也可用纵向隔板分成多程,规格范围广等优势在工程中得到了广泛应用。小七带大家一起以固定管板式换热器的结构为例,深入了解管壳式换热器的结构。





固定管板换热器的结构示意图






管箱




管箱结构




常见的管箱结构大致可以分为以下几类,如上图所示。


A 型管箱可用于单管程和多管程,优点是便于清洗换热器的管程;缺点是管箱盖结构用材较多,当尺寸较大时,需要锻件,故建议A 型管箱宜用于DN≤900mm 的场合。


B 型管箱用于单管程和多管程,优点是结构简单,便于制造;缺点是检修和清洗管程的换热管内时,需将管箱上的接管法兰和设备法兰拆开,并取下整体管箱。


C 型管箱该管箱是多管程换热器的返回管箱。


D 型管箱该管箱用于单管程换热器的进出口管箱。


管箱平盖是管箱的重要组成部分,不同的平盖可以根据用途、材料耗费、方便清洁等方面进行选择。


管箱平盖的结构型式如图所示


a) 图1为整体结构的管箱盖,主要用于管箱为碳钢或低合金钢材料的场合。


图1 整体结构的管箱盖


b) 图2 为复合结构的管箱盖,用于管箱为不锈钢或耐蚀合金材料的场合。


图2 复合结构的管箱盖


c) 图3 是采用衬板塞焊的管箱盖,但不适用于真空状态的场合。


图3 衬板塞焊的管箱盖 

整体结构管箱盖的有效厚度应等于管箱盖的实际厚度减去管箱腐蚀裕量或管箱腐蚀裕量与分程隔板槽深度的大值。对于复合管箱盖和衬层管箱盖,其复合层或衬层厚度不包括在有效厚度之内。






管板






根据管板与管箱、壳体的连接结构,管板可分为:


a) 延长部分兼作法兰的固定管板。


b) 不兼作法兰,且与壳程、管程筒体焊成一体的固定管板。


如下图所示:








根据管板的使用功能(用途),管板分为:


a) 固定管板换热器的固定管板;


b) 浮头换热器的固定管板和浮动式管板;


c) U 形管式换热器的固定管板; 


d) 双管板换热器的双管板; 


e) 薄管板。












波形膨胀节






在固定管板换热器中,为避免壳体和换热管拉伸破坏,换热管失稳,换热管从管板上拉脱,因此,必须在壳体中间设一挠性补偿元件——膨胀节,以降低壳体与换热管的轴向载荷,且可降低热膨胀差所引起的管板应力,从而适当地减薄管板厚度。




换热器用膨胀节的型式




膨胀节的形式较多,按截面的形状,有U 型、Ω形,S 型等,在固定管板式换热器中,采用多也普遍的是U 形波形膨胀节。


U 形膨胀节主要由波形管、直边段两部分组成,需要时还可能设内衬筒,加强环等,见图所示:



换热器用膨胀节也可分为单层和多层膨胀节


a) 对于固定管板换热器,在设计要求的承载能力,补偿呈刚度和疲劳寿命的前提下,应优先选用单层波形膨胀节。


b) 在下列情况子下,可选用多层波形膨胀节

1)须承受较高压力,且要求较大的位移补偿能力;

2)承受较高的疲劳寿命的要求;


采用多层波形膨胀节结构的特点如下:

1) 柔性好,补偿能力高;

2) 疲劳寿命比单层结构高(国外资料介绍是单层的6 倍);

3) 结构紧凑,节省材料;

4) 在高压情况下,不会突然破裂,不易有危险性。






换热管






换热管是换热器的核心部分,不同的管径、形状、排列形式的换热管等都会影响换热器的效率。




管径




换热管的推荐定尺长度为1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,12.0m。

换热管的常用规格见下表1


表1 换热管的常用规格




形状




U 形换热管

形管弯管段的弯曲半径R(如下图所示)应不小于两倍的换热管外径,常用换热管的小弯曲半径R min 按表2选取。



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