1、1第三篇典型化工设备的机械设计第三篇典型化工设备的机械设计换热器换热器搅拌设备搅拌设备塔设备塔设备23456教学重点教学重点（1）固定管板式换热器的基本结构）固定管板式换热器的基本结构（2）典型管壳式换热器的选型）典型管壳式换热器的选型教学难点：教学难点： 管、壳程的分程及隔板管、壳程的分程及隔板第七章第七章 管壳式换热器的机械设计管壳式换热器的机械设计 7第一节第一节 换热器概述换热器概述 一、定义一、定义 换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。 1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。2、是许多工业部门广泛应用的通
2、用工艺设是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工厂的建设中，换热器约备。通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的占总投资的11 40 。那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？83.可靠性可靠性满足操作条件满足操作条件 ，强度足够强度足够，保证使用寿命保证使用寿命二、衡量标准二、衡量标准 2.合理性合理性 1.1.先进性先进性 可制造加工，成本可接受可制造加工，成本可接受 传热效率高，流体阻力小，材料省传热效率高，流体阻力小，材料省 9三、不同目的的换热器三、不同目的的换热器 冷却器（冷却器（cooler）冷凝器（冷凝器（condenser）蒸发
3、器（发生相变）（蒸发器（发生相变）（evaporator）加热器（一般不发生相变）（加热器（一般不发生相变）（heater）再沸器（再沸器（reboiler） 废热锅炉（废热锅炉（waste heat boiler） 10四、换热器的基本类型四、换热器的基本类型按传热方式或工作原理分类按传热方式或工作原理分类1、直接接触式、直接接触式传热效果好，但不能传热效果好，但不能用于发生反应或有影用于发生反应或有影响的流体之间响的流体之间图图7-1 直接接触式换热器直接接触式换热器热流体热流体冷流体冷流体热流体热流体冷流体冷流体112、蓄热式、蓄热式温度较高的场合，温度较高的场合，但有交叉污染，但有交叉
4、污染，温度波动大温度波动大图图7-2蓄热式换热器蓄热式换热器冷流体冷流体冷流体冷流体热流体热流体热流体热流体123、间壁式、间壁式重点重点又称表面式换热器又称表面式换热器利用间壁（固体壁面）进行热交换。利用间壁（固体壁面）进行热交换。冷热两种流体隔开，互不接触，热量冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。由热流体通过间壁传递给冷流体。应用最为广泛，形式多种多样，应用最为广泛，形式多种多样，如管壳式换热器、板式换热器等如管壳式换热器、板式换热器等13对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为(3)管壳式管壳式(1)管式管式(2)紧凑式紧凑式
5、螺旋板式、板式、板螺旋板式、板式、板翅、伞板等翅、伞板等排管、蛇管、套管排管、蛇管、套管重点重点下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构14管壳式换热器管壳式换热器 15图图7-3换热器构件名称换热器构件名称1-1-管箱管箱(A,B,C,D(A,B,C,D型型);2-);2-接管法兰接管法兰;3-;3-设备法兰设备法兰;4-;4-管板管板;5-;5-壳程接管壳程接管;6-;6-拉杆拉杆;7-;7-膨膨胀节胀节;8-;8-壳体壳体;9-;9-换热管换热管;10-;10-排气管排气管;11-;11-吊耳吊耳;12-;12-封头封头;13-;13-顶丝顶丝;14-
6、;14-双头螺双头螺柱柱;15-;15-螺母螺母;16-;16-垫片垫片;17-;17-防冲板防冲板;18-;18-折流板或支承板折流板或支承板;19-;19-定距管定距管;20-;20-拉杆螺拉杆螺母母;21-;21-支座支座;22-;22-排液管排液管;23-;23-管箱壳体管箱壳体;24-;24-管程接管管程接管;25-;25-分程隔板分程隔板;26-;26-管箱盖管箱盖根据我们前面学习的内容，请同学们说说序号根据我们前面学习的内容，请同学们说说序号2、3、8、12、21各代表什么零件？各代表什么零件？16固定管板式固定管板式换热器换热器浮头式浮头式换热器换热器U形管式换热器形管式换热器
7、填料函式填料函式换热器换热器五、管壳式换热器的分类五、管壳式换热器的分类 基本类型基本类型17（一（一）固定管板式固定管板式换热器换热器优点：优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点：缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。热应力。图图7-4固定管板式换热器固定管板式换热器结构三维图结构三维图18为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件（如膨胀节、挠性
8、管板等），来吸收热膨胀差。件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。图图7-5带膨胀节的固定管板式换热器带膨胀节的固定管板式换热器图7-2 固定管板式换热器图7-3 带补偿器的固定管板式换热器适用场合：适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。19（二）浮头式（二）浮头式换热器换热器优点：优点： 管内和管间清洗方便，不会产生热应力。管内和管间清洗方便，不会产生热应力。缺点：缺点： 结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端
9、小盖在 操作中无法检查。操作中无法检查。适用场合：适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合。结垢的场合。图图7-6浮头式换热器浮头式换热器图7-4 浮头式换热器fts1.rmfts2.rm20图图7-7浮头结构浮头结构沟圈与浮头管板连接沟圈与浮头管板连接21U形管式换热器形管式换热器22U形管式换热器形管式换热器23动画动画24（三）（三）U形管式换热器形管式换热器图图7-8U型管式换热器型管式换热器优点：优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。缺点：缺点：布板少，管板利用率低，
10、管子坏时不易更换。布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。适用场合：适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀 性大的物料。性大的物料。图7-6 U形管式换热器25（四）填料函式（四）填料函式换热器换热器优点：优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。 缺点：缺点：填料处易泄漏。填料处易泄漏。 适用场合：适用场合： 4MPa 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及 贵重介质，使用温度受填料的物性限制。贵重介质
11、，使用温度受填料的物性限制。填料函式密封填料函式密封图图7-9填料函式换热器填料函式换热器26（一（一）工艺计算工艺计算 六、管壳式换热器设计内容六、管壳式换热器设计内容 选型；确定管、壳程；通过化工工艺计算，确定换热器的选型；确定管、壳程；通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳程数程数 。（二（二）机械设计机械设计 1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；2）换热器封头选择，压力容器法兰选择；）换热器封头选择，压力容器法兰选择；3）管板尺寸确定；）管板尺寸确定；4）折流板
12、的选择与计算；）折流板的选择与计算；5）管子拉脱力的计算；）管子拉脱力的计算；6）温差应力计算。）温差应力计算。27课堂提问课堂提问说出换热器类型说出换热器类型固定管板式固定管板式换热器换热器浮头式换热器浮头式换热器U形管式换热器形管式换热器填料函式换热器填料函式换热器28第二节第二节 管子的选用及其与管板的连接管子的选用及其与管板的连接一、管子的选用一、管子的选用 （一（一）直径直径 粘性大或污浊的流体粘性大或污浊的流体大管径大管径单位体积传热面积增大、单位体积传热面积增大、结构紧凑、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高金属耗量减少、传热系数提高阻力大，不便清洗，易结垢堵塞阻力大，不便清洗，
13、易结垢堵塞用于较清洁的流体用于较清洁的流体小管径小管径29（二（二）规格规格 （外径壁厚），长度按规定决定（外径壁厚），长度按规定决定 换热管尺寸换热管尺寸192、252.5和和382.5mm无缝钢管无缝钢管252和和382.5mm不锈钢管不锈钢管标准管长标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等等 换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在4 42525之间，常用的为之间，常用的为6 61010。立式换热器，其比值多为。立式换热器，其比值多为4 46 6。30（三（三）结构型式结构型式 换热管型式换热管型式光管光管强化传热管强化传热管螺旋
14、槽管螺旋槽管螺纹管螺纹管翅片管（在给热系数低侧）翅片管（在给热系数低侧） 多用光管，因为结构简单，制造容易，多用光管，因为结构简单，制造容易，为强化传热，也采用强化传热管。为强化传热，也采用强化传热管。31图图7-10 几种异形管几种异形管（a）扁平管）扁平管 （b）椭圆管）椭圆管 （c）凹槽扁平管（）凹槽扁平管（d）波纹管）波纹管32图图7-11 纵向翅片管纵向翅片管（a）焊接外翅片管）焊接外翅片管 （b）整体式外翅片管）整体式外翅片管 （c）镶嵌式外翅片管）镶嵌式外翅片管 （d）整体式内外翅片管）整体式内外翅片管33图图7-12 径向翅片管径向翅片管图图7-13 螺纹管螺纹管34（四（四）
15、材料材料由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。金属材料金属材料碳素钢碳素钢低合金钢低合金钢不锈钢不锈钢铜铜铜镍合金铜镍合金铝合金铝合金钛等钛等非金属材料非金属材料石墨石墨陶瓷陶瓷聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等35二、管子与管板的连接二、管子与管板的连接 （一（一）胀接胀接 利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生
16、一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。 图图7-14 胀管前后示意图胀管前后示意图（a）胀管前）胀管前（b）胀管后）胀管后36 液压液压胀管器胀管器37液压胀接液压胀接 38机械胀接机械胀接 39适用范围：适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力合金钢，设计压力4MPa，设计温度设计温度300，且，且无特殊要求的场合。无特殊要求的场合。原因：原因：温度升高，残余应力减小，使管子与管板温度升高，残余应力减小，使管子与管板间的胀接密封性能、紧固性能都下降，故设计温间的胀接密封性能、紧固性能
17、都下降，故设计温度度300 。要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。后再胀接。胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽开槽可以增加连接强度和紧密性可以增加连接强度和紧密性)。40 图图7-15 胀管连接结构及尺寸胀管连接结构及尺寸41（二（二）焊接焊接 优点：优点：在高温高压条件下，在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较节省孔的加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。用
18、较薄的管板。缺点：缺点：在焊接接头处产生的在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存在间隙，易出现间管板间存在间隙，易出现间隙腐蚀。隙腐蚀。 图图7-16 焊接间隙示意图焊接间隙示意图管板管板间隙间隙换热管换热管0d0d42 图图7-17 焊接接头的结构焊接接头的结构图7-14 焊接接头的结构图7-14 焊接接头的结构(a)图7-14 焊接接头的结构c图7-14 焊接接头的结构(c)(b)(d)43（三（三）胀焊并用胀焊并用胀焊并用连接主要有：胀焊并用连接主要有：强度焊贴胀强度焊贴胀先焊后胀先焊后胀强度胀密封焊强度
19、胀密封焊先胀后焊先胀后焊概念解释：密封焊概念解释：密封焊不保证强度，只防漏；不保证强度，只防漏； 强度焊强度焊既防漏，又保证抗拉脱强度；既防漏，又保证抗拉脱强度； 贴胀贴胀只消除间隙，不承担拉脱力；只消除间隙，不承担拉脱力； 强度胀强度胀既消除间隙，又满足胀接强度。既消除间隙，又满足胀接强度。目前，先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。目前，先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。 44第三节第三节 管板结构管板结构一、换热管排列方式一、换热管排列方式 三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多排排10%10%左右，同一体积传热面
20、积更大。适用于壳程介质污左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。垢少，且不需要进行机械清洗的场合。 （一（一）正三角形和转角正三角形排列正三角形和转角正三角形排列 图图7-18 正三角形排列的管子正三角形排列的管子流体流动方向流体流动方向流体流动方向流体流动方向正三角形排列正三角形排列转角正三角形排列转角正三角形排列4546（二（二）正方形和转角正方形排列正方形和转角正方形排列 管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。要经常管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。要经常清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列。清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列。 图
21、图7-19 正方形排列的管子正方形排列的管子流体流动方向流体流动方向流体流动方向流体流动方向转角正方形排列转角正方形排列正方形排列正方形排列47（三（三）组合排列法组合排列法 在多程换热器中多采在多程换热器中多采用组合排列方法。即用组合排列方法。即每一程中都采用三角每一程中都采用三角形排列法，而在各程形排列法，而在各程之间，为了便于安装之间，为了便于安装隔板，则采用正方形隔板，则采用正方形排列法，如图排列法，如图720。图图7-20 组合排列法组合排列法48二、管间距二、管间距 （一（一）定义定义（二（二）要求要求 管间距指两相邻换热管中心的距离。管间距指两相邻换热管中心的距离。 管间距管间距
22、1.25d0，符合表符合表7-5规定，便于管子规定，便于管子与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来与管板间的连接，因为对于胀接或焊接来讲，管子间距离太近，那么都会影响连接讲，管子间距离太近，那么都会影响连接质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为质量。最外层管壁与壳壁之间的距离为10mm，主要是为折流板易于加工，不易损主要是为折流板易于加工，不易损坏。坏。49表表7-1 常用换热管中心距常用换热管中心距/mm换热管外径换热管外径do1214192532384557换热管中心距换热管中心距1619253240485772 最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小于最外层换热管中心至壳体内表面的距离不应小
23、于(换换热管外径的一半热管外径的一半)10mm。50三、管程的分程及管板与隔板的连接三、管程的分程及管板与隔板的连接 当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时，为了增就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时，为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。依次流过各程管子。 （一（一）分程原因分程原因 51（二（二）分程原则分程原则 （三（三）分程隔板分程隔板 图图7-21 双层隔板与管板的密封双层隔板与管板的密封 各程换热管数应大致相等；
24、各程换热管数应大致相等； 相邻程间平均壁温差一般不应超过相邻程间平均壁温差一般不应超过28； 各程间的密封长度应最短；各程间的密封长度应最短； 分程隔板的形状应简单。分程隔板的形状应简单。图图7-22 单层隔板与管板的密封单层隔板与管板的密封图7-20 双层隔板与管板的密封隔板图7-19单层隔板与管板的密封s+2管板s封头隔板管板隔板隔板管板管板封头封头隔板隔板管板管板52（四（四）分程方式分程方式 表表72管程布置表管程布置表图序管箱隔板介质返回侧隔板管程数流动顺序214612123414231432213546146325bacdefg53五、管板与壳体的连接结构五、管板与壳体的连接结构
25、（一（一）不可拆的焊接式不可拆的焊接式 固定管板式换热器管板与壳体的连接固定管板式换热器管板与壳体的连接兼做法兰兼做法兰不兼做法兰不兼做法兰54图图7-23 -01 兼作法兰时管板与壳体的连接结构兼作法兰时管板与壳体的连接结构55图图7-23 -02 兼作法兰时管板与壳体的连接结构兼作法兰时管板与壳体的连接结构56图图7-23 -03 兼作法兰时管板与壳体的连接结构兼作法兰时管板与壳体的连接结构57图图7-24 不兼作法兰时管板与壳体的连接结构不兼作法兰时管板与壳体的连接结构58（二（二）可拆式可拆式 浮头式、浮头式、U型管式及填型管式及填料函式换热器固定端管料函式换热器固定端管板与壳体的连接
26、板与壳体的连接图图7-25 管板与壳体可拆连接管板与壳体可拆连接59第四节第四节 折流板、支承板、折流板、支承板、旁路挡板及拦液板的作用和结构旁路挡板及拦液板的作用和结构 一、折流板及支承板一、折流板及支承板 1、作用、作用提高壳程内流体的流速提高壳程内流体的流速 加强湍流强度加强湍流强度 提高传热效率提高传热效率 支撑换热管。支撑换热管。 当工艺上无折流板要求而管子较细长时，应考虑有当工艺上无折流板要求而管子较细长时，应考虑有一定数量的支承板，以便安装和防止管子变形；支一定数量的支承板，以便安装和防止管子变形；支撑板的尺寸、形状可与折流板相同。撑板的尺寸、形状可与折流板相同。 602、结构、
27、结构弓形、圆盘圆环形和带扇形切口。弓形、圆盘圆环形和带扇形切口。 图图7-26 弓形折流板弓形折流板61图图7-27 圆盘圆盘-圆环形折流板圆环形折流板图图7-28 带扇形切口折流板带扇形切口折流板62折流板缺口垂直左右布折流板缺口垂直左右布置置63折流板的加工折流板的加工643、尺寸、尺寸 厚度厚度与壳体直径和折流板间距有关与壳体直径和折流板间距有关 折流板最小厚度按下表选取折流板最小厚度按下表选取 表表7-3 折流板的厚度折流板的厚度65弓形折流板间距弓形折流板间距 最小间距最小间距 max Di，50mm51最大间距：不超过下表规定，且最大间距：不超过下表规定，且Di表表7-4 折流板和
28、支承板最大间距厚度折流板和支承板最大间距厚度66 间隙间隙 折流板外径与壳体之间的间隙要适当，因为过小给折流板外径与壳体之间的间隙要适当，因为过小给安装带来困难，过大又影响传效率。详见表安装带来困难，过大又影响传效率。详见表7-5表表7-5 折流板和支承板的外径折流板和支承板的外径67 折流板的固定折流板的固定 折流板和支承板的固定是通过拉杆和定距管来实现折流板和支承板的固定是通过拉杆和定距管来实现的的 图图7-29 折流板的组装折流板的组装68二、旁路挡板二、旁路挡板 1、作用、作用阻止流体短路，迫使壳体流体通过管阻止流体短路，迫使壳体流体通过管束进行热交换。束进行热交换。 加工成规则加工成
29、规则的长条状，的长条状，长度等于折长度等于折流板或支承流板或支承板的板间距，板的板间距，两端焊在折两端焊在折流板或支承流板或支承板上。板上。 2 2、结构及安装、结构及安装 图图7-30 旁路挡板的结构旁路挡板的结构69折流板旁路挡板旁路挡板旁路挡板折流板折流板图图7-31 旁路挡板的结构旁路挡板的结构70三、拦液板三、拦液板 立式冷凝器中起到截拦液膜作用。在立式冷凝器中为减立式冷凝器中起到截拦液膜作用。在立式冷凝器中为减薄管壁上的液膜而提高传热膜系数。薄管壁上的液膜而提高传热膜系数。图图7-32 拦液板拦液板71第五节第五节 温差应力温差应力一、管壁与壳壁温度差引起的温差应力一、管壁与壳壁温
30、度差引起的温差应力 1、温差应力产生的原因、温差应力产生的原因 如图所示如图所示,固定管板式固定管板式换热器的壳体与管子换热器的壳体与管子,在安装温度下在安装温度下,它们的它们的长度均为长度均为L(图图a);图图7-33 壳体与管子的膨胀与压缩壳体与管子的膨胀与压缩721、温差应力产生的原因（续）、温差应力产生的原因（续）当操作时当操作时(图图b),壳体和管壳体和管子的温度都升高子的温度都升高,若管壁若管壁温度高于壳壁温度温度高于壳壁温度,则管则管子自由伸长量和壳体自子自由伸长量和壳体自由伸长量分别为由伸长量分别为=(-)L =(-)L , 分别为管子和壳体材料的温度膨胀系数，1/； 安装时的
31、温度， ，分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度， 图图7-33 壳体与管子的膨胀与压缩壳体与管子的膨胀与压缩73由于管子与壳体是刚由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必壳体的实际伸长量必须相等，见图须相等，见图c，因此因此就出现壳体被拉伸，就出现壳体被拉伸，产生拉应力；管子被产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。压缩，产生压应力。此拉、压应力就是温此拉、压应力就是温差应力。差应力。图图7-33 壳体与管子的膨胀与压缩壳体与管子的膨胀与压缩1、温差应力产生的原因（续）、温差应力产生的原因（续） 742、温差应力的计算、温差应力的计算 温差轴向力温差轴向力F 由于温差
32、而使壳体被拉长的总拉由于温差而使壳体被拉长的总拉伸力应等于所有管子被压缩的总压伸力应等于所有管子被压缩的总压缩力，总拉伸力（或总压缩力）就缩力，总拉伸力（或总压缩力）就是温差轴向力。符号规定是温差轴向力。符号规定F为为+，表，表壳体被拉，管子被压，反之则反之。壳体被拉，管子被压，反之则反之。根据虎克定律：根据虎克定律： tttAEFL sssAEFL 图图7-33 壳体与管子的膨胀与压缩壳体与管子的膨胀与压缩stssttAEFLAEFL75ssttssttAEAEttttF11)()(00Lttttt)(0Lttsss)(0将将，代入上式并整理得代入上式并整理得式中 st,分别为管子和壳体材料
33、的线膨胀系数，分别为管子和壳体材料的线膨胀系数， 1/ ； 0tsttt ,stEE ,tAsA分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度，分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度，； 分别为管子和壳体材料的弹性模量，分别为管子和壳体材料的弹性模量，MPa； 换热管总截面面积，换热管总截面面积，mm2； 安装时的温度，安装时的温度，； 壳壁横截面面积，壳壁横截面面积，mm2 。76温差应力温差应力 st,分别为管子和壳体中的温差应分别为管子和壳体中的温差应 力，力，MPattAFssAF773、温差应力的补偿、温差应力的补偿 减少壳体与管束间的温度差减少壳体与管束间的温度差 装设挠性构件装设挠性构件 将传热
34、膜系数大的流体通入管间空间将传热膜系数大的流体通入管间空间用得最多的是在固定管板式换热器的壳体上装设用得最多的是在固定管板式换热器的壳体上装设波形膨胀节波形膨胀节78使壳体和管束自由热膨胀使壳体和管束自由热膨胀 换热器的管束有一端能自由伸缩，这样壳体和管换热器的管束有一端能自由伸缩，这样壳体和管束的热胀冷缩便互不牵制，可自由地进行。所以束的热胀冷缩便互不牵制，可自由地进行。所以这种结构完全消除了热应力。这种结构完全消除了热应力。请同学们说说有哪请同学们说说有哪些结构的换热器可以消除热应力。些结构的换热器可以消除热应力。79双套管温度补偿双套管温度补偿 在高温高压换热器在高温高压换热器中，也有采
35、用插入中，也有采用插入式的双套管温度补式的双套管温度补偿结构。如图偿结构。如图734所示。所示。图图7-34 插入式双套管补偿结构插入式双套管补偿结构80二、管子拉脱力的计算二、管子拉脱力的计算 1、产生原因、产生原因 介质压力介质压力温差应力温差应力管子和管板接头处有管子和管板接头处有分离趋势分离趋势拉脱力拉脱力实验表明：实验表明： 焊接接头，拉脱力不足以引起接头焊接接头，拉脱力不足以引起接头破坏；破坏； 胀接接头，要进行拉脱力校核，以保证胀接接头，要进行拉脱力校核，以保证管端与管板连接的牢固性和密封性。管端与管板连接的牢固性和密封性。管子每单位面积胀接周边上所受到的力管子每单位面积胀接周边
36、上所受到的力 812、计算、计算 操作压力引起操作压力引起 操作压力下，每平方米胀接周边所受到的力操作压力下，每平方米胀接周边所受到的力 ldpfqp0p设计压力，取管程压力 pt 和壳程压力表 ps 二者中的较大者，Mpa; d0管子外径，mm; l管子胀接长度，mm; f每四根管子之间的面积，mm2 ldpfqp0822、计算、计算 温差应力引起温差应力引起 管子每平方米胀接周边所产生的力管子每平方米胀接周边所产生的力 ldddldaqitttt022004式中 t管子中的温差应力，Mpa ta每根管子管壁横截面积，mm2 0d、id分别为管子外径，内径，mm ldddldaqitttt022004832、计算、计算 管子拉脱力管子拉脱力 qpq和tq同向时，拉脱力tpqqq pq和tq反向时，拉脱力|tpqqq， 方向与pq和tq中的较大者同向 校核校核 qq 84858687作作 业业一、课堂思考一、课堂思考P233，第二大题，第二大题二、课外作业二、课外作业P233一、一、5、10、12、
