固定管板式换热器专业译文

第一篇：固定管板式换热器专业译文

固定管板式换热器的概述

换热器按照结构形式可分为：固定管板式换热器、浮头式换热器；U形管换热器；填料函式换热器。

固定管板式换热器由两端管板和壳体构成。由于其结构简单，运用比较广泛。

固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。

结构原理

固定管板式换热器管程和壳程中，流过不同温度的流体，通过热交换完成换热。当两流体的温度差较大时，为了避免较高的温差应力，通常在壳程的适当位置上，增加一个补偿圈（膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。

一、固定管板式换热器的构成和特点

1、固定管板式换热器的构成

固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。

固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。

2、固定管板式换热器的特点

固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。

固定管板式换热器的特点是： ①、旁路渗流较小

②、锻件使用较少，造价低； ③、无内漏；

④、传热面积比浮头式换热器大20%～30%。

3、固定管板式换热器的缺点是：

①、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差t≤50℃,当t≥50℃时必须在壳 体上设置膨胀节；

②、易产生温差力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏； ③、壳程无法机械清洗；

④、管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低；

3、固定管板式换热器的机械设计

固定管板式换热器的机械设计除了最关键的换热板片以外，还有两块墙板，我们称为框架板和压力板，框架板为外侧不可活动的墙板，压力板为换热板片另一侧的可用拉杆螺栓调整位置的墙板；数根拉杆螺栓，用来加紧框架板和压力板；立柱；上下导杆，连接在框架板和立柱之间，用来支撑并给压力板和换热半片导向；框架板和立柱上可安装底脚底脚，用于固定机器。除此以外，还可以有法兰，过滤器，温度计和压力计等一系列附件。

换热器的分类

二、间壁式换热器的类型

夹套式换热器 这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管.夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。

沉浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。

喷淋式换热器 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。

套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目).特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。

板式换热器 最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2）.主要应用于液体-液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000w/m2.K。

为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。

目前，由于我国新版GMP的推出，板式换热将逐渐退出食品，饮料，制药等卫生级别高的行业。

管壳式换热器 管壳式(又称列管式)换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束或者螺旋管，,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管子的型号不一，过程一般为直径16mm 20mm或者25mm三个型号，管壁厚度一般为1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。进口换热器，直径最低可以到8mm，壁厚仅为0.6mm。大大提高了换热效率，今年来也在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍。这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k，大大提高生产效率，节约成本。

同时，由于管壳式换热器多为金属结构，随着我国新版GMP的推出，不锈钢316L为主体的换热器，将成为饮料，食品，以及制药行业的必选。

双管板换热器 也称P型换热器，是在管壳式换热器的两头各加一个管板，可以有效防止泄漏造成的污染。现在国产品牌较少，价格昂贵，一般在10万元以上，进口可以到几十万。符合新版GMP规定，虽价格昂贵，但决定其市场广阔。

混合式换热器 混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。

按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型：(1)冷却塔(或称冷水塔)在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。

(2)气体洗涤塔(或称洗涤塔)

在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点：所以，目前在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用!(3)喷射式热交换器

在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。

(4)混合式冷凝器

这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。

蓄热式换热器 蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。

蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。陶瓷换热器 陶瓷换热器是一种新型的列管式高温热能回收装置，主要成份为碳化硅，可以广泛用于冶金、机械、建材、化工等行业，直接回收各种工业窑炉排放的850－1400℃高温烟气余热，以获得高温助燃空气或工艺气体。

研制成的这种装置的换热元件材料系一种新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高温和抗热冲击的优异性能，从 1000 ℃ 风冷至室温，反复50 次以上不出现裂纹；导热系数与不锈钢等同；在氧化性和酸性介质中具有良好的耐蚀性。在结构上成功地解决了热补偿和较好地解决了气体密封问题。该装置传热效率高，节能效果显著，用以预热助燃空气或加热某些过程的工艺气体，可节约一次能源，燃料节约率可达30 %－55%，并可强化工艺过程，显著提高生产能力。

陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同，导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温度较高的地方，不需要掺冷风及高温保护，当窑炉温度1250-1450℃时，烟道出口的温度应是1000-1300℃，陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃，将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，这样直接降低生产成本，增加经济效益。

陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题。它的主要优点是：导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。

发展历史

板式换热器 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。板面式换热器 60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。

换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。

蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。

间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。

间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。

换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。

在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。

当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。

在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。

增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。

一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。

译文

Fixed tube sheet heat exchanger overview Heat exchanger according to the structure can be divided into: fixed tube sheet heat exchanger, the heat exchangers;U shape tube heat exchanger;stuffing box type heat exchanger.Fixed tube sheet heat exchanger by both the shell and tube sheet.Because of its simple structure, more extensive use.Fixed tube sheet heat exchanger is a kind of implementation of heat transfer between material of energy-saving equipment, is in the oil, chemical, petrochemical, metallurgical, power, light industry, food industry universal application of a process equipment.In oil refining, chemical equipment heat exchanger total equipment number about 40%, accounting for a total investment of 30%-45%.In recent years, with the development of energy saving technology, applied domain expands ceaselessly, use of heat exchanger in high temperature and low temperature heat recovery to bring significant economic benefits.Structure principle Fixed tube sheet heat exchanger tube side and a shell side, flowing of fluid with different temperature, heat transfer through the heat exchange is completed.When the two fluid temperature difference larger, in order to avoid high temperature stress, usually in the proper position on the shell, a compensation coil(expansion joint).When the shell and tube bundle heat expansion at the same time, compensation ring slow elastic deformation to compensate for the temperature stress caused by thermal expansion.One, fixed tube sheet heat exchanger structure and characteristics 1, fixed tube sheet heat exchanger.Fixed tube sheet heat exchanger is composed of a tube box, shell, tube sheet, pipe and other parts, the structure is compact, exhaust pipe is more, in the same diameter larger, manufacture is simple.Fixed tube sheet heat exchanger structure is arranged in a shell tube, both ends of the pipe bundle by welding or expansion method will pipe fixed on the tube plate, both ends of the tube plate and shell are welded together, shell import and export pipe is directly welded on a casing, pipe plate outer circumference and the cover flange bolts the import and export of pipe, tube and head directly welded together, the tube bundle heat exchanger tube length according to a plurality of baffle.This kind of heat exchanger tubes can be divided into any number of partition process.In 2, the characteristics of fixed tube sheet heat exchanger Fixed tube sheet heat exchanger has the advantages of simple structure, low manufacturing cost, convenient cleaning pipe, tube can be divided into a plurality of process, the shell can be divided into two, wide range of specifications, it is widely used in engineering.Shell cleaning difficulties, for dirty or corrosive medium is used.When the expansion difference is bigger, can be arranged in the casing expansion joint, due to reduced pipe, shell and the thermal stress caused by temperature difference.Fixed tube sheet heat exchanger is characterized by: The smaller, bypass seepage II, forgings use less, low cost;Thirdly, no inner leakage;The heat transfer area ratio, heat exchangers 20% ~ 30%.In 3, the disadvantage is the fixed tube sheet heat exchanger: First, shell and tube wall temperature difference, shell and tube wall temperature is t = 50 C, when t > = 50 DEG C must be in the shell body setting expansion joint;The difference in temperature, easy to produce, the tube plate and the tube head is easy to produce thermal stress damage;The shell can not, mechanical cleaning;The pipe corrosion, together with the shell scrap, the service life of the equipment is low;In 3, the mechanical design of fixed tube sheet heat exchanger Fixed tube sheet heat exchanger design except for the most critical heat exchanger plate outside, still have two sides, we called the frame plate and the pressure plate frame plate, lateral not movable wall plate, pressure plate heat exchanger plate on the other side of the tie rod bolt to adjust the position of the wall panels can be used;a plurality of tie rod bolt, used to intensify the frame plate and the pressure plate;column;the upper and lower guide rod, connection on the frame plate and between the uprights, used to support and to the pressure plate and the heat transfer piece guide;the frame plate and the upright post can be installed on the bottom of the soles of their feet, used for fastening machine.In addition, can also have a flange, filter, a thermometer and a pressure gauge and a series of accessories.Heat exchanger classification In two, dividing wall type heat exchanger type Jacket type heat exchanger of the exchanger is arranged in the outer wall of the container jacket made of simple structure;however, the heating surface by the container wall, heat transfer coefficient is not high.In order to improve the heat transfer coefficient and the kettle liquid is heated evenly, the kettle stirrer.When the jacket cooling water is injected into or no phase change heating agent, also in the clamping sleeve arranged helical baffles or other additional turbulent measures, in order to improve the jacket side heat transfer coefficient heat transfer surface.As a complement deficiency, also can be in the interior of the autoclave fitted snake tube.A clamping sleeve type heat exchanger used in the reaction process of heating and cooling.Submerged coil heat exchanger in this heat exchanger is the metal pipe winding into various and container which is adapted to the shape, and immersed in a liquid contained within the container.The snake tube heat exchanger has the advantages of simple structure, can bear high pressure, corrosion-resistant materials available;the disadvantage is that the liquid in the container turbulent degree low, outer tube heat transfer coefficient is small.To enhance the heat transfer coefficient, the inner container may be mounted stirrer.Spray type heat exchanger this heat exchanger is the heat exchange tube rows over the steel frame, the hot fluid flows in tube, the cooling water from the top shower shower uniformly, so called spray type cooler.Spray type heat exchanger tube is a layer of turbulent degree higher liquid membrane, outer tube heat transfer coefficient more immersive increases a lot.In addition, the heat exchanger is placed in the air flow, cooling water evaporation also take part of heat, can rise to reduce the temperature of cooling water, thereby increasing the heat transfer impetus role.Therefore, and immersion, spray type heat exchanger of heat transfer effect is greatly improved.Sleeve type heat exchanger tube type heat exchanger is composed of different diameter tubes made of concentric sleeves, and by U shaped elbow connected.In this heat exchanger, a fluid inside the tube, another kind of fluid go ring gap, both can get a higher flow rate, the heat transfer coefficient.In addition, in the casing heat exchanger, two kinds of fluid for pure countercurrent, logarithmic mean driving force of the larger.Casing heat exchanger has the advantages of simple structure, can withstand the high pressure, the application is convenient(may need to increase or decrease the number of tube sections).Especially due to casing heat exchanger at the same time with a large heat transfer coefficient, heat transfer of large driving force and can bear high pressure and strong advantages, in the super high pressure process(such as operating pressure of 3000 high pressure polyethylene production process)used in the heat exchanger is almost entirely sleeve type.Plate heat exchanger is the most typical shell-and-tube heat exchangers, its application in the industry has a long history, and is still in the dominant position in all heat exchanger.The main structure comprises a heat exchanger plate and plate between the adhesive tape.In the long-term market dominant position, but the large volume, low heat exchange efficiency, to replace the rubber strip is expensive(tape replacement costs about the process of 1 / 3-1 / 2).Mainly used in liquidwater heat exchanger applications.The maximum heat exchange efficiency can reach 14000W / m2.k, greatly improve the production efficiency, save cost.At the same time, as a result of shell and tube heat exchanger for the metal structure, with China's version of the GMP launch, 316L stainless steel as the main heat exchanger, will become the beverage, food, and the pharmaceutical industry to choose.Double tube plate heat exchanger is also known as P type heat exchanger, in shell and tube heat exchanger at each plus a tube plate, can effectively prevent the pollution caused by leakage.Homebred now brand less, expensive, general in 100000 yuan of above, can be imported to hundreds of thousands of.Compatible with the new version of GMP, although expensive, but the market is broad.Mixed type heat exchanger of mixing heat exchanger is to rely on the cold, hot fluid direct contact heat, the heat transfer mode avoids the heat transfer wall sides and fouling resistance, as long as the fluid contact between the case is good, there is a large heat transfer rate.Therefore he that allows fluid mixed with each other occasions, can adopt the hybrid heat exchanger, such as gas washing and cooling, the cooling circulating water, steam-water mixing between the heating, steam condensation etc.It is applied widely in chemical and metallurgical industry, power engineering, air conditioning engineering and many other production branch.According to different purposes, the mixed type heat exchanger is divided into the following several different types:(1)cooling tower(or cold water tower)In such a device with natural ventilation, or mechanical ventilation methods, production already raises the temperature of the water cooling after recycling use, in order to raise systematic economic benefits.For example, thermal power plant and nuclear power plant circulating water in ammonia production, such as cooling water, cooling tower cooling by water after the recycling use, this method in the actual project has been widely used.(2)the gas washing tower(or tower)In industry to use this device to washing gas have a variety of purposes, such as using liquid absorption gas mixture of some components, in addition to the net gas in the dust, gas, wet or dry.But its most extensive use is a cooling gas, and the cooling liquid used mostly to water.Air conditioning engineering is widely used in the spray chamber, can be regarded as a special form of it.Spray chamber not only can like gas washing tower for air cooling, but also can carry on the heating treatment.However, it also has the high water quality requirements, large occupation area, such as the shortcomings of many pump energy consumption: so, present in the general construction, the spray chamber is not usually used or only as humidification equipment use.However, in order to regulate the humidity for the primary purpose of the textile factory, cigarette factory is still widely used!(3)jet heat exchanger In this device, the high pressure fluid from the nozzle, forming a high velocity, low pressure fluid is introduced into the mixing chamber and jet direct contact heat transfer, and feeding into a diffusion tube, the diffusion tube exit to achieve the same pressure and temperature to the user.(4)mixing condenser The device is usually the water and steam in direct contact method to make steam condensate.The regenerative heat exchanger heat storage type heat exchanger used for regenerative heat exchange equipment.With solid filler, used to store heat.General refractory brick brick fire plaid(sometimes with metal wave band).Heat transfer in two stages.The first stage, the hot gas through the lattice, the heat is transferred to the fire and save up lattice.The second stage, cold gas through the lattice, lattice savings by fire heat emitted by heating.The two phase alternating.Usually with two regenerator used alternately, whereby when the hot gas into a reactor, cold gas into another device.Commonly used in the metallurgical industry, such as the open hearth furnace regenerator.Also used in chemical industry, such as gas furnace air preheater or combustion chamber, synthetic oil plants in the heat accumulating type cracking furnace.The regenerative heat exchanger is generally used on medium mixed with low requirements.Ceramic ceramic heat exchanger heat exchanger is a kind of new type high temperature heat energy recovery device, main component is silicon carbide, can be widely used in metallurgy, machinery, building materials, chemical industry, recycling all kinds of industrial furnace directly discharged 8501400 high temperature flue gas waste heat, in order to obtain high temperature combustion air or gas.Research into the device to the heat transfer element material is a new type silicon carbide ceramic works, it is resistant to high temperature and thermal shock performance, from 1000 degrees C air cooled to room temperature, repeated 50 times over the cracks do not occur;coefficient of thermal conductivity and stainless steel equal;in oxidative and acidic medium has good corrosion resistance.The structure solves successfully the thermal compensation and can solve the problem of gas sealing.The device has high heat transfer efficiency, obvious energy saving effect, is used to preheat the combustion air or heating some process gas, can save energy, fuel saving rate up to 30 %55%, and strengthen the process, significantly improving production capacity of.Ceramic heat exchanger production technology and kiln production process is basically the same, thermal conductivity and oxidation resistance is the main application properties of materials.It is the principle of the ceramic heat exchanger placed in the flue outlet is near, high temperature areas, without the need for mixing cold and heat protection, when the furnace temperature 1250-1450 C, a flue outlet temperature shall be 1000-1300 C, ceramic heat exchanger heat recovery can reach 450-750 C, to be recycled into the hot air in the kiln with gas formation of mixed gas combustion, so to reduce production costs, increase economic benefits.Ceramic heat exchanger in metal heat exchangers using constraints to get very good development, because it is better to solve the corrosion resistance, high temperature resistance and other topics.Its main advantages are: good thermal conductivity, high temperature strength, good thermal shock resistance, oxidation resistance.Long service life, small amount of repair, stable and reliable performance, simple operation.Development history Plate heat exchanger plate heat exchanger in twentieth Century 20 time appear, and the application in food industry.Escrow to board made of heat exchanger, and has the advantages of compact structure, good heat transfer effect, thus gradually developed into a variety of forms.At the beginning of 30 time, the first Swedish made of spiral plate heat exchanger.Then the brazing method creates a composed of copper and its alloy material of plate fin heat exchanger, used in aircraft engine cooling.At the end of the 30's, Sweden also built the first plate shell type heat exchanger, used for pulp factory.During this period, in order to solve the strong corrosive medium heat transfer problem, the new material made of heat exchanger began to pay attention to.Plate type heat exchanger 60 time around, because the rapid development of space technology and cutting-edge science, urgent need of various energy efficient compact heat exchanger, plus the stamping, soldering and sealing technology development, heat exchanger manufacturing technology has been further improved, so as to promote compact plate type heat exchanger and the vigorous development of broad application.In addition, since the beginning of 60's, in order to adapt to the high temperature and high pressure conditions of heat transfer and energy conservation needs, typical of the shell and tube type heat exchanger has been further development.In 70 time metaphase, in order to enhance heat transfer, in research and development of heat pipe on the basis of creating a heat pipe type heat exchanger.Heat exchanger according to the mode of heat transfer can be divided into different hybrid, regenerative and wall type three class.Mixed type heat exchanger is through the cold, hot fluid, mixed direct contact heat exchange heat exchanger, also called contact type heat exchanger.Due to the two fluid mixing heat exchange must be timely separated, this kind of heat exchanger is suitable for gas, the liquid between the two fluid heat exchanger.For example, chemical plant and power plant in cold water tower, water from top to bottom spray, and the cold air from the

第二篇：固定管板式换热器金属壁温取值探析

固定管板式换热器金属壁温取值探析

摘 要 固定式管板换热器金属壁温的选取对管板强度计算非常重要，由于工程实际中介质成份往往很复杂，计算中许多参数难以精确确定。为使计算过程变得简单易行且安全合理，本文根据多年来大量工作实践，对GB151中附录F计算过程进行简化。

关键词 固定管板；换热器；金属壁温

中图分类号：TQ051 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）04-0201-02

固定管板式换热器计算中，管壳程金属壁温值对换热器壳体轴向应力σc、换热管轴向应力σt及换热管与管板之间的拉脱应力q等影响较大。设计此类换热器时，需慎重选择金属壁温。通常情况，工艺专业可通过相关软件计算出金属壁温，我们也可以根据GB151中附录F进行计算得出。实际工程中由于化工物料繁多，且不以单独介质存在，介质参数并不能很好确定。因此，有必要对附录F中的计算过程进一步简化，最大程度保证换热器设计的安全。金属壁温与管板应力的关系。

固定管板式换热器计算过程中，金属壁温是通过换热管与壳程圆筒热膨胀变形差γ=αt（tt-to）-αs（ts-to）对应力加以影响的，单独的管程或壳程自由变形并不产生任何影响。计温差应力情况下各种危险应力均通过有效压力组合Pa=∑sPs-∑tPt+γβEt导出。根据弹性变形原理，应力与应变成线性关系，可认为换热器中各类危险应力与变形差的关系近似为一次线性关系，即σmax∝γ。

GB151中关于温差应力对换热器的影响分两类情况进行计算，第一类仅考虑了管壳程危险压力组合，没有考虑温差应力；第二类不仅考虑了管壳程危险压力组合，还增加了温差应力的影响。当我们选取了一个热膨胀变形差|γmax|，通过计算换热器合格，即γ=0或者γ=|γmax|时，换热器都合格。根据σmax∝γ可以推出，换热器实际操作中，变形差0≤γ≤γmax（当γmax≥0）或γmax≤γ≤0（当γmax≤0）都应该满足要求。流体的平均温度

GB151附录F中流体的平均温度并不是完全选取介质进出口温度的平均值，根据介质流动状态分两种情况（所有符号按附录F）。

液体的平均温度（过渡流及湍流阶段）

Tm=0.4Ti+0.6To（F6）

tm=0.4to+0.6ti（F7）

液体（层流阶段）和气体的平均温度

Tm=0.5Ti+0.5To（F8）

tm=0.5to+0.5ti（F9）

液体的流动状态可以根据雷诺系数（d为定性尺寸，管程取换热管内径，壳程取换热管外径）确定。当Re<2300，为层流状态，其余情况为过渡流及湍流阶段。当介质发生相变时，由于对流给热系数一般较大，相当湍流阶段，按公式F6，F7选取比较合适。

实际操作中，由于各类参数的缺失，对换热器介质的流动状态并不能确定。此类情况下，出于安全考虑，我们应当选取能体现最大正膨胀变形差或者最大负膨胀变形差的相关公式。根据γ数值大小与管壳程材料有关，下面分两种情况进行说明。一是管壳程材料相同时，即材料线性膨胀系数相同，则γ=αt（ts-tt）=αs（ts-tt）。无论温差多少，换热器只会存在单一的正膨胀或者单一的负膨胀，则可选取体现温差最大者，即热流体平均温度按公式F8，冷流体平均温度按公式F7。二是管壳程材料不同（例如：换热管为不锈钢，壳程为碳钢或低合金钢），因奥氏体钢线膨胀系数较碳钢或低合金钢大很多，当金属温度偏高者（一般为热流体侧）为碳钢而另外一侧为不锈钢时，则应该考虑两种情况：①冷热流体温差最大的情况，即热流体侧平均温度按公式F8，冷流体侧平均温度按公式F7；②冷热流体温度差最小的情况，即热流体侧平均温度按公式F6，冷流体侧平均按公式F9。对流给热系数

换热器金属温度的计算难点在于对流给热系数的确定。《化工原理》中列出了几种情况的计算方法（本文略），主要分无相变流体和有相变流体两种。换热器管壳程介质有时候并不是单一流体，而混合溶液的物性参数却无从查询。对流传热过程是指由于密度差或者外力的作用产生流动，从而与壁面进行热量传递。根据这一机理，混合溶液的对流传热系数应该为各组分对流传热系数与质量分数的乘积之和，即：。

在实际操作中，由于物性参数的缺失，导致对流给热系数无法计算，下表列出了几种对流传热条件下，对流传热系数的大致范围，以作参考。

传热方式 对流传热系数 W/（?O?℃）

空气自然对流 5 ～ 25

气体强制对流 20 ～ 100

水的自然对流 200 ～1000

水的强制对流 1000 ～ 15000

油类的强制对流 50 ～ 1500

水蒸气的冷凝 5000 ～ 15000

有机蒸汽的冷凝 500 ～ 2000

水的沸腾 2500 ～ 25000

壁温计算

4.1 换热管壁温的计算

根据GB151附录F，壁温计算公式为：

当介质参数缺失时，需要对各类参数进行估算，以保证设备设计的安全。

当管壳程材料相同时，或材料不同但金属温度偏高者为不锈钢时，取管壳程温差最大值即能保证设计安全。当管程为热流体时，则、选小值，、选大值；当管程为冷流体时，则、尽量选大值，、尽量选小值。

当金属温度偏高者（一般为热流体侧）为碳钢而另一侧为不锈钢，设备计算结果有可能存在正膨胀变形差或者负膨胀变形差两种情况，因此需按下表取相关参数进行计算。

管程为热流体 管程为冷流体

温差最大时 温差最小时 温差最大时 温差最小时、小值 大值 大值 小值

、大值 小值 小值 大值

4.2 壳程壁温的计算

圆筒外部有良好的保温，或壳程流体温度接近环境温度，或传热条件使得圆筒壁温接近介质温时，壳体壁温取壳程流体的平均温度。

其它情况下，壳程壁温计算方法与管程相同，只不过壳程两侧的介质改为壳程介质和做自然对流的空气。工程实际中估算及误差

工程实际应用中遇到的绝大多数固定管板换热器为冷凝器和再沸器（主要为塔设备釜液分离用），现举例如下（由于篇幅所限本文略去金属壁温实值计算过程）：

例1 有一固定管板换热器（管壳程保温良好），壳程进、出口温度Ti=80℃，To=65℃介质为热水；管程进、出口温度ti=40.88℃，to=40.91℃介质为丁二烯，壳体材料Q245R，换热管材料20。金属壁温估算取值为：壳程Th=（80+65）/2=72.5℃，管程tc=（40.88+40.91）/2=40.9℃。根据工艺数据计算实值：壳程Th=71℃，管程tc=56℃。显然估算值是安全的。经SW6软件计算，金属壁温估算值与实值对应应力结果相差

很小。

例2 有一固定管板再沸器（管壳程保温良好），壳程进、出口温度Ti=170℃，To=170℃介质为过热蒸汽；管程进、出口温度ti=95℃，to=105℃介质为有机水溶液，壳体材料Q245R，换热管材料S30408。金属壁温估算取值为：壳程Th=170℃，管程tc=（95+105）/2=100℃。根据工艺数据计算实值：壳程Th=170℃，管程tc=130℃。因管壳程材料不同，经SW6软件计算，壁温估算值与实值对应应力结果相差很大。前者壳程不加膨胀节能设计出合格管板，而后者换热管轴向应力失稳，需加膨胀节才能设计出合格管板，显然估算值是不安全的。

例3 有一固定管板冷凝器（管壳程保温良好），壳程进、出口温度ti=32℃，to=40.31℃介质为循环水；管程进、出口温度Ti=130℃，To=80℃介质为废水，壳体材料Q245R，换热管材料S30408。金属壁温估算取值为：壳程tc=（32+40.31）/2=36.155℃，管程tc=（130+80）/2=105℃。根据工艺数据计算实值：壳程tc=36.17℃，管程Th=45.42℃。因管壳程材料不同，经SW6软件计算，壁温估算值与实值对应应力结果相差很大。前者换热管轴向应力失稳，需加膨胀节才能设计出合格管板，而后者不加膨胀节能设计出合格管板，显然估算值偏安全造成浪费。结论

在设计固定管板换热器时，无论冷热流体位于管内或管外侧，当管壳程材料相同时，金属壁温可采取进出口流体温度简单算术平均值进行估算，结果是安全可靠的。当管壳程材料不同时，金属壁温采取进出口流体温度简单算术平均值进行估算，其结果有可能不安全或造成浪费，需根据本文第4条估算换热管壁温。

第三篇：胃管固定（范文）

为了强化优质护理服务，构建良好的护患关系，提高患者满意度，胸外科的护士在工作中认真听取病人的意见，实践中不断总结经验，并根据反馈意见采取可持续改进措施。

留置胃管是临床上用的一项护理技术，常规的胃管固定方法是鼻翼两侧及面颊部用胶布交叉固定。可在实际工作中发现，因胶布与皮肤之间的缝隙，随着病人翻身或活动时，固定效果不理想，容易导致胃管滑出，而且面部多次用胶布固定，胶布痕迹影响了患者的面部形象，增加了患者的痛苦，频繁更换胶布，增加了护士的工作量。怎样才能美观、稳妥的固定胃管？带着这样的问题，全体护士集思广益，翻阅学习资料文献，通过三个多月的临床实践，终于找到了一种较好的固定方法。传统固定法： 加强固定法：

改进固定法：

胃管改进固定法的运用提高的病人的舒适度，得到了病人及家属的一致好评，而且布胶布廉价耐用，鼻部出汗反而会越来越牢实。还可以根据病人管道所需裁剪成不同的样式，可以固定单管（胃管）、双管（胃管及十二指肠营养管）。

第四篇：固定管板换热设备之膨胀节

带膨胀节固定管板式换热器

一、固定管板式换热器的概述

固定管板换热器管束连接在管板上，管板与壳体焊接，如下图所示。结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便。管束与壳体的壁温相差较大时，为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置膨胀节来吸收热膨胀差。

二、固定管板式换热器的结构

三、固定管板式换热器的特点

1、固定管板式换热器的优点

（1）传热面积比浮头式换热器大20%-30%。（2）旁路漏流较小。

（3）锻件使用较少，成本低20%以上。（4）没有内漏。

2、固定管板式换热器的缺点

（1）売体和管子壁温差一般易小于等于50℃,大于50℃时应在売体上设置膨胀节。

（2）管板与管头之间易产生温差应力而损坏。（3）売程无法机械清洗。

（4）管子腐蚀后造成连同売体报废,売体部件寿命决定管子寿命，故设备寿命相对较低。

四、固定管板式换热器的应用

1、需要少用接头的场合。

2、温度条件对热应力不成为问题。

3、壳侧流体清洁，无需移动管束。

6、膨胀节

焊接在固定管板式换热器壳体上的膨胀节轴向柔度大、容易变形，可补偿管子和壳体因壁温不同产生的热膨胀差，降低它们的轴向载荷，从而减小管子、管板和壳体的温差应力，避免引起强度破坏、失稳破坏和管子拉脱破坏。膨胀节的种类较多，常用的有波形、平板和Ω形等结构，其中波形膨胀节应用最广泛。

第五篇：固定管板换热器优化设计分析论文

一、引言

换热设备是核电、化工、石油及其他许多工业部门广泛使用的设备，其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适用性，至今仍占据主导地位。在固定管板换热器中，壳体，管板和换热管之间为刚性连接，在各种载荷作用下的变形必须互相协调。本文采用有限元分析的方法，计算固定管板换热器在内压和温度载荷耦合场的作用下，其管板所受的应力，并分别计算了不同厚度的管板所受的应力，以获得管板厚度与应力的关系。

二、工作条件与结构

本文以核电厂的某冷却器为例，该换热器为固定管板式换热器，壳体为Ф219.1×4mm，换热管为Ф19×2mm，正三角形排列，管板上共布了26根管子，管板厚度为30mm，壳体厚度为4mm，壳侧材料为022Cr19Ni10，管侧材料为022Cr17Ni12Mo2。换热器的设计参数如下:设计压力:管程pt=0.66MPa，壳程ps=0.5MPa;设计温度:管程进出口温度为20℃～70℃，壳程流体发生相变，进出口温度均为138.8℃。材料的弹性模量为E=2.1×105MPa，泊松比为ν=0.3。换热管与管板的连接采用胀焊并用的方法，焊接后进行胀接。在之前的工程中出现过该换热器由于工厂工艺限制，无法满足换热器的管子和管板之间拉脱力的要求，为此工厂不断提高胀接压力试图达到所需的拉脱力。随着胀接力的增加，残余接触应力的峰值也会增加，使换热管在胀管区和非胀管区的应力都不断增加，令管板内的换热管发生开裂，并且制造厂在提高胀接压力后发现换热管的壁厚减薄率超出适用范围，无法满足设计需求，最后只能通过增加胀接距离的方法来提高拉脱力，但在非胀管区进行胀接需要工厂操作控制得当，否则容易损坏焊缝，因此不推荐该做法。通过经验反馈，吸取以往的工程经验，将本换热器重新进行优化设计，考虑将管板的厚度增加，以满足拉脱力的要求。理论上增加管板的厚度相当于加强其刚度，是降低应力的一个措施，到底是不是这样还需要计算所得，通过有限元分析来获取一个合适的管板厚度。因此接下来利用ANSYS热结构耦合场分析方法对管板进行分析。

三、有限元建模

以厚度为45mm的管板为模型，利用热工计算出的换热参数，对换热器进行温度场分析，完成热分析后，再施加结构载荷再通过耦合场分析，获得管板的应力，分别计算不同厚度的管板其应力的大小来获得管板厚度与应力的关系，来选择最合适的管板厚度。(一)载荷与边界条件。为了提高计算的精度，真实模拟换热管与管板连接处各个部件的应力状态，管箱、管板、换热管和壳体均采用实体单元，为减少计算量，利用对称功能将其简化为1/4的实体分析模型，在壳侧只保留一部分的外伸换热管和壳体，外伸长度，设置材料参数属性，并对其进行网格划分，(二)热分析施加载荷与边界条件。热分析过程中，只为模型添加热载荷，不需添加力边界条件。首先为模型添加对流传热方式，设置换热器内部流体与换热器壁面为对流边界，根据热工计算结果，分别输入壳程和管程的对流传热系数11432.1W/m2℃与2407.1W/m2℃，对换热管的外表面、壳程筒体内表面和管板壳侧表面施加138.8℃的温度载荷，并对换热管的内表面、管箱内表面和管板管程表面施加20℃的温度载荷。(三)结构分析模型载荷与边界条件。在热分析后进行结构分析，此时在换热器的壳侧和管侧施加相应的压力载荷;压力载荷施加完成后再将热分析得到的温度分析结果作为载荷加载到模型上。力边界条件为，在换热器的对称面上施加位移约束。

四、计算结果

(一)热分析结果。为换热器的温度场分布云图，通过热分析可清楚看出换热器在正常工况下各处的温度分布情况。可见壳体和管侧筒体的温度分布较为均匀，管板与壳侧筒体连接区域的温度梯度较大。最大应力发生在管板与壳体连接的地方，靠近底部;分析原因，一是管板与壳体连接处温度变化剧烈，从高温急剧变化到低温，该区域存在较大的温差，于是受到的应力急剧增大;二是壳体与管板的厚度相差较大，造成了连接处的不连续性，形成了局部的应力集中;三是管板材料为022Cr17Ni12Mo2，壳体材料为022Cr19Ni10，两种不同的材料性能存在差异。(二)结构分析结果。结构分析时，将热分析的结果导入到结构分析模块中，温度场分析所得的节点温度作为载荷施加到模型上，同时施加力边界条件，可见最大应力值发生在管板与管程筒体的连接处，其他较大应力的位置是壳程筒体与管板连接处和管板开孔的位置，这三个位置均为结构不连续位置，因为得到的应力较大。对其进行应力线性化，对应力进行评定，换热器满足工作要求，结构安全可靠。(三)管板厚度对比分析。以上的分析是以管板厚度45mm为例，获得换热器所受的应力，为了获得不同管板厚度下换热器的应力分布，本节分别选择管板厚度为30mm，45mm和60mm对其进行热分析与结构分析应力计算，可见当管板的厚度达到一定值后，增加管板的厚度并未降低所受应力，原因在于壳体壁厚较小(4mm)，两者的刚度相差较大，换热器结构的变形和应力主要由管板和壳体之间的温度载荷及内压引起，由于增加了管板的厚度，管板抵抗变形的刚度变大，对与之连接的壳体有较强的约束，形成局部的应力集中。因此选择管板厚度45mm是比较合适的。经工厂验证，在该胀接距离下胀接压力不超过200MPa就可以达到所需的拉脱力，管子的壁厚减薄率也满足要求。

五、结语

第一，壳侧与管侧的温差较大，由于温差的存在会形成较大的温差应力，因为温度载荷对管板会造成较大的热应力，因此对温差较大的换热器进行结构热耦合分析非常必要。第二，在施加了热载荷和力边界条件后，发现最危险的区域没有发生在管板上，而是发生管板与壳体的连接处，因该处结构不连续，容易形成较大的应力。第三，管板厚度的增加并不一定能降低应力，管板的厚度需与壳体的厚度相匹配，以免造成局部的应力集中。采用有限元分析的方法将温度场和结构分析相耦合，通过计算管板在压力载荷和温度载荷联合作用下的应力，优化了管板的厚度，使其既满足了拉脱力的要求又满足了经济性要求，为管板强度的设计提供了借鉴。

【参考文献】

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［3］杨明，孟晓风，张卫军．管壳式换热器的一种优化设计［J］．北京航空航天大学学报，2009，5(35):615～618

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