噪音
产生强烈的噪音 （通常大于150 分贝）
流体弹性激振的条件
（1）壳程流体的流 速达到或超过临界流 速
（2）有其它的激 振机理存在
流体弹性 激振的特点
自激性
湍流颤振主频率与换热管自振频率 相等时会引起换热管共振
关于声振动 应注意的几点
（3）声振动在顺排管中 比在错排管中更容易发 生，在转角正方形排列
折流板的安装
折流杆
3、 壳 程 流 路
F
4、防短路结构
DN≤500mm时，设一对旁路挡板。 DN=500mm~1000时，设两对旁路挡板。
DN≥1000mm时，设三对旁路挡板。
管
每隔3~4排换热管设置一根挡管， 折流板缺口处不设挡管。
DN≤500mm时，设一块挡板。 DN=500mm~1000时，设两块挡板。 DN≥1000mm时，设不少于三块挡板。
中间挡板一般与折流板点焊固定， 其数量不宜多于4块。
壳程分程
对分流
双分流
6.2.3管板设计
GB151 《管壳式换热器》
（1）管束对管 板的约束作用
（2）管孔对管板 的削弱作用
（3）管板周边不布管区 对管板应力的影响
1、影响管板强度 计算的因素
（4）管板边缘的支承 形式和连接结构
（5）法兰力距对 管板应力的影响
换热器的工艺设计计算依据设计任务的不同可分为设计计算 和校核计算两种，包括计算换热面积和选型两个方面。
管壳式换热器 工艺设计计算步骤
图6-30
§6-3 传热强化技术
传热方程式
Q=KA△tm
强化传热的途径
1、增大传热面积
新型换热器 小直径管 翅片结构
2、加大平均温差
逆流换热
3、提高传热系数
主动强化 （有源强化）
壳程结构
1、防冲挡板和导流筒
2、折流板
折流板的布置原则
1、折流板一般应等距布置，尽量靠近壳程进出 口接管。
2、折流板最小间距应不小于壳体内直径的1/5， 且不小于50mm，最大间距应不大于壳体内直径。 3、折流板管孔与换热管间隙、折流板与壳体内 壁间隙不能太大或太小。
4、弓形折流板缺口弦高一般取（0.20~0.45）Di， 通常取0.25Di。 5、支持板形状与尺寸 按折流板设计。
（2）防止管子与管板连接处被拉脱。
膨胀节的计算
判断是否需要设置膨胀节 膨胀节的尺寸设计 膨胀节的应力计算和强度校核
GB16749《压力容器波形膨胀节》
6.2.5管束的振动和防振
横向流诱振
纵向流诱振
振动产生的不利后果
机械 失效
管子与管板连 接处发生泄漏
管子发生严重弯曲；交变应力导致管子发 生疲劳破坏；换热管的摩擦和碰撞；管子 通过折流板处的自锯作用；壳程流体压力 将增大；
的管束中最容易发生。
（1）由于声振强度随壳 程流体流速的增大而增 大，但达到共振点以后， 会随壳程流体流速的增 大而减小，所以声振强
度不会无限制地增大。
（2）壳程流体的物理性 质决定声速，壳程流体 为液体时，由于声音在 液体中传播速度很高， 很少会发生声振动。
节径比≤1.5
横流速度较低时
卡曼涡街 声振动
防振措施
（4）抑制周期性旋涡。
（5）设置防冲板或导流筒。
6.2.6 设计方法和工艺计算
换热器设计的主要任务是参数选择和结构设计、传热计算 及压降计算等。
设计主要包括壳体型式、管程数、换热管类型、管长、管 子排列、管子支承结构（如折流板结构等）、冷热流体的流动 通道、工艺设计和封头、壳体、管板等零部件的结构、强度设 计计算。
6.3.2 余热锅炉的基本特点
与锅炉基本相似，通常由省热器、蒸发器和过热器等 部件组成。无燃烧装置。 1. 结构形式多种多样 2. 热源广，介质多种多样， 3. 有些主体设备与辅助设备分散安装在工艺流程的不同 位置。 4. 操作不稳定受到余热源热负荷波动的影响。 5. 有些水侧、气侧均处于高温、高压条件下。
壳程分程
补充1：余热锅炉
余热锅炉的作用
什么是锅炉？
余热锅炉——余热锅炉是利用工业生产中的余热来生产蒸 汽的一种换热设备。
广泛应用于化工、石油、冶金等工业部门。
作用： 1. 满足工艺生产的需要 2. 提高热能总利用率，节约一次能源消耗 3. 消除环境污染，减少公害
燃油锅炉 燃气锅炉
燃煤锅炉
6.3 余热锅炉
这种方法适用于各种薄管板的强度校核及 厚度计算。
（3）把管板视为在广义弹性基础上承受均布 载荷作用的多孔圆平板，即把实际的管板简化 为受到规则排列的管孔削弱、同时又被管子加 强的等效弹性基础上的均质等效圆平板。根据 载荷大小、管束刚度和周边支承情况来确定管 板的弯曲应力。
目前我国换热器计算采用第三种方法。
3、 管 板 受 力 分 析
管板危险截面
环形不 布管区
外缘
环形不 布管区
内缘
圆形布管区 最大径向弯 矩处
险工况组合
PS≠0，Pt=0，△t=0 σmax≤1.5[σ]t
PS≠0，Pt=0，△t ≠ 0 Smax≤3Sm
Pt ≠0， PS =0，△t=0 σmax≤1.5[σ]t
Pt ≠0， PS =0，△t ≠ 0 Smax≤3Sm
横流速度较高时
流体弹性激振
横流速度很高时
射流转换
2. 管子固有频率 3. 防振措施 （1）改变流速（流量↓，管间距↑）。
（2）改变管子固有频率。
① 减小跨距。
②管子间插入杆状物或板条。
③增大管子的强度和刚度（如增大壁厚）。
④增大管子支承的强度和刚度（如增大折流板的厚 度、采用折流杆等）。
（3）增设消声板。
被动强化 （无源强化）
扩展表面
选用导热系 数大的材料
管程分程
防止结垢并 及时除垢
传热强化举例
螺旋 槽管
槽管
螺旋翅 片管
翅片结构不适用于： 高表面张力的液体冷凝 含有大量固体颗粒的流体 易结垢的流体
其它形状换热管
壳程强化传热
改变管子外形或 在管子外加翅片
采用折流杆代替 折流板
采用新型折 流板结构
4、管板应力的调整
增加管板厚度
降低壳体轴向刚度 5、薄管板设计
查表6-4确定或按JB/T6917《制冷装置 用压力容器》
6.2.4膨胀节设计
设置膨胀节的作用：
（1）膨胀节是挠性构件，其轴向柔度大， 在不大的轴向力作用下，可产生较大的 轴向变形，可以有效地减小壳体和换热 管由于温差产生的热应力及换热管与壳 体上的轴向应力。
2、管板强度计算的基本假设
（1）把管板当作周边支承、承受均布载荷 作用的实心圆平板，应用平板理论得到圆平 板最大弯曲应力，加入修正系数考虑管孔的 削弱作用。
这种设计方法对管板作了很大程度的简化， 是一种半径验公式，美国TEMA标准。
（2）把管板当作承受管束支承的固定圆平 板，管板厚度取决于无管子支承区域的管 板面积。