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管壳式/浮头式换热器结构详解2

表2 换热管的小弯曲半径

换热管外径

10

14

19

25

32

38

45

57

R   min

20

30

40

50

65

76

90

115

当U 形管内流速过高或有腐蚀时,应适当加厚弯管半径较小的U 形管的壁厚。




换热管的排列形式




换热管标准的排列形式见图




a) 三角形排列

三角形排列(包括正三角形排列和转角三角形排列)是为普遍的排列形式,特别是用在壳程介质较清洁,换热管外不需要清洗的固定管板换热器中。


b) 正方形排列

正方形排列一般多用于需对换热管外进行清洗的浮头换热器和U 形管换热器中。


c) 正三角形排列和转角正方形排列(见图a、d),在传热上称为错列,介质流动时可形成湍流,对传热有利。而转角三角形和正方形排列(见图b、c)在传热上称为直列,介质流动时有一部分是层流,对传热有不利影响。


因此,对于无相变的换热器,因其传热与介质流动状态关系较大。故宜采用正三角形或转角正方形排列。对于有相变的冷凝器,因为传热与介质的流动关系较小,仅与管壁凝液流动方向的关系较大,一般可采用转角三角形和正方形排列。






壳程结构






常见的典型的壳程元件组成见表3


表3 常见的典型的壳程元件组成




折流板




折流板的作用

a)增加壳程管间的介质流速,提高传热效果。

b)对换热管起支承作用。

c)调整折流板间距,对避免管束诱发振动有一定的作用。


折流板的形状

常用的折流板和支持板的形状有弓形和圆盘-圆环形两种。此外根据需要还有其它形式的折流板和支持板,如矩形孔圆板和矩形挡板等,见图所示:







a) 单弓形折流板(图 a):是常采用的一种形式,其形式简单,但压降较大。

1) 上下排列(水平切口)即指物料进口与弓形缺口是成垂直设置的,以造成介质的剧烈扰动来增大传热系数。

2) 左右排列(竖直缺口)是指物料进口与弓形缺口是成平行设置的。多用于卧式冷凝器或蒸发器,便于冷凝液和气体的流动。

3) 转角排列,一般用于换热管正方形排列,可使流体形成湍流,以提高传热效率。


b) 双弓形(图b)和三弓形折流板(图c):适用于壳程流量较大的物流,或壳程流体为密度低的低压时,此时压降会有大的下降,而传热系数的下降要小得多;同时这种形式还有利于防止介质流动过程中诱发的振动。


c)圆盘—圆环形折流板(图d):由圆盘和圆环交错排列,介质流动特征是与轴心对称。


d)矩形折流板(图e):矩形折流板可横放,也可竖放,而横放一般用于壳程介质为气相时,竖放用于壳程介质为液相或有冷凝液的场合。这两种形式通常在大直径和大流量情况下采用。




拉杆和定距管




折流板、支持板的固定一般采用拉杆或拉杆和定距管与管板固定。常用的固定结构有两种,即拉杆定距管结构和点焊结构,见图所示:




a) 拉杆定距管结构,用于换热管外径大于或等于 19mm 的管束。

b) 拉杆与折流板点焊结构,用于换热管外径小于或等于 14mm 的管束。




1

拉杆的尺寸




拉杆的连接尺寸按图所示和表4确定。



表4 拉杆尺寸




2

拉杆的布置


拉杆应尽量均匀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。






双壳程结构




在壳程内安装一平行于换热管轴线的矩形平板,即纵向隔板,将壳程一分为二,即双壳程,见图所示。这种结构可以提高壳程物料流速,改善传热效果,即提高传热系数,从经济角度,一台双壳程换热器比两台单管程换热器便宜。





浮头式换热器的详细结构



浮头端盖的密封问题是浮头部分结构设计的重要考虑因素。影响浮头端盖密封的重要组件有钩圈、浮头盖等。



浮头式换热器结构示意图




钩圈式浮头的结构




浮头式换热器浮头端结构由圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成钩圈式浮头的详细结构见下图所示。


钩圈式浮头的详细结构




钩 圈




钩圈对浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要的作用。钩圈一般都是对开式结构,要求密封可靠,结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。


GB151 给出了两种型式的钩圈,即A 型钩圈和B 型钩圈。见下图。




A 型钩圈特点


A 型钩圈的底部距浮动管板较远,使得浮头端壳程介质的死角增大,减少管束的有效传热面积。且A 型钩圈的厚度比B 型钩圈厚,上紧双头螺柱也比B 型长,稳定性差。


B 型钩圈的特点


B 型钩圈为国外引进型式,其特点是浮头管板和钩圈的斜槽采用不同倾角,在上紧双头螺柱时间隙将消失而使管板对钩圈起到支撑并控制钩圈转角的作用,即了螺栓的弯曲变形在允许范围内,又了有效密封的作用。




B 型钩圈和浮动管板的结构及尺寸




B 型钩圈和浮动管板的结构


B 型钩圈与浮动管板的结构如图所示。


B型钩圈


浮动管板


推荐的B 型钩圈和浮动管板的尺寸


型钩圈的推荐尺寸与之相配合的浮动管板的尺寸,供设计参考,详见表1和上图。


表1 B 型钩圈和浮动管板的推荐尺寸(mm) 




浮头盖




浮头盖是浮头式换热器浮头端的重要组成部分,浮头盖的结构如下图所示。



浮头盖的结构


多管程的浮头盖,其小内侧深度应使相邻管程之间的横跨流通面积至少等于每程换热管流通面积的1.3 倍。


单管程的浮头盖,其接管中心处小内侧深度为接管内径的三分之一。


浮头盖中分程隔板的小厚度如下表2所示。


表2 分程隔板的小厚度

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