過程裝備中最典型的壓力容器就是換熱器和塔器。
8.1管殼式換熱器(列管式)
過程中就包括三傳：傳質(zhì)、傳熱和能量傳遞。這三傳往往是同時(shí)進(jìn)行的無法單獨(dú)分開，比如傳遞熱量不也是傳遞能量嗎，只不過在加熱爐等設(shè)備內(nèi)這種能量傳遞更明顯一些而已。
在許多過程裝置中都裝備有加熱、冷卻和冷凝設(shè)備，這些設(shè)備就稱之為換熱器（冷換設(shè)備）。在煉油、石油化工行業(yè)換熱設(shè)備的臺數(shù)、質(zhì)量和檢修量在總數(shù)中所占的比例是很大的，見p212和表8—1。
8.1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
最典型的換熱器是管殼式又稱列管式換熱器，最主要的組成部分就是里面的管束和外面的殼體。根據(jù)管板的形式、管子的形狀可將換熱器如下分類：
固定管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低。但是兩端法蘭是管板兼作的，所以管束抽不出，很難清洗，殼程要走清潔的介質(zhì)。另外，這種換熱器管、殼程溫差大了不能用，通常冷熱流體溫差不能超過50℃。要用U形管式或浮頭式，或者在殼體上加膨脹節(jié)。
U形管式換熱器有一塊管板，結(jié)構(gòu)簡單造價(jià)低但管板上布管區(qū)小，同樣體積的換熱器，傳熱面積??；浮頭式換熱器有兩塊管板，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，消耗材料多，浮頭出泄漏不易檢查。
共同的特點(diǎn)是管束之管板是被兩塊殼體法蘭夾住的，管束可以抽出來清洗，浮頭式換熱器比U形管式換熱器更便于外部清洗。
列管式換熱器的外殼我們已經(jīng)學(xué)過了，封頭、筒體等零件的制造工藝前面講過了，所陌生的是管子，管板，折流板等內(nèi)部零件，這些將在這一章中涉及，本章還有一個(gè)重要內(nèi)容就是管子和管板的連接。
8.1.2主要零部件、分類、代號
換熱器型號的表示方法
Ⅰ級換熱器，采用較高級冷拔換熱管，適用于無相變的傳熱和易振動(dòng)場合；
Ⅱ級換熱器，采用普通級冷拔換熱管，適用于重沸，冷凝傳熱和無振動(dòng)的一般場合。
除換熱管材料不同外，折流板孔徑，允差；管板孔徑允差，管橋?qū)挾鹊榷疾煌?span lang="EN-US">
例如： ，
，
。
8.1.3殼體組對焊接的要求與管子管板的連接
（1）殼體制造技術(shù)要求
由于換熱內(nèi)部是一個(gè)管束部件，管束包括折流板，換熱管，拉桿，定距管等的安裝。為了防止殼程介質(zhì)短路，折流板與筒體內(nèi)壁間的裝配間隙比較小，所以換熱器殼體的制造要求比一般的容器要高一些。
主要要求有4條：
1. 筒體用板材卷制時(shí)，內(nèi)直徑的允許偏差可通過外圓周長加以控制，其外圓周長允差上偏差為10mm，下偏差為0。
2. 圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差e≤0.5%DN。并且，DN≤1200mm，其值不大于5mm；DN＞1200mm，其值不大于7mm。
3. 圓筒直線度允差為L/1000（L為圓筒總長）。且L≤6000mm時(shí)，其值不大于4.5mm；L＞6000mm時(shí)，其值不大于8mm。
4. 殼體內(nèi)部有礙于管束順利裝入或抽出的焊縫均應(yīng)磨至與母材表面平齊。
（2）列管式換熱器的制造工藝
管板：是由機(jī)加工完成的。車床上車外圓、車端面；然后到鉆床上鉆孔。由于換熱器換熱管的孔徑，孔間距和管橋的尺寸都有公差要求，而一塊管板上少則幾百多則幾千個(gè)孔，因此鉆孔的工作量很大?？梢允箘澗€鉆孔、鉆磨鉆孔、多軸機(jī)床鉆孔，最先進(jìn)的是數(shù)控機(jī)床鉆孔。
如果按劃線鉆孔，要將管板同折流板疊在一起，點(diǎn)焊、涂油漆來配鉆，以此來保證管板的位置精度以利于穿管。
折流板下料時(shí)是整圓，鉆孔后切去弓形。
管板一般用鍛件A3，20#或16Mn，15MnV等低合金鋼或其他低合金鋼。當(dāng)管板較薄或要求較低時(shí)可采用熱軋鋼板，原則上使用鍛件。
以下是固定管板式換熱器的裝配過程：
1. 豎一塊管板作基準(zhǔn)件；
2. 將拉桿擰緊在管板上；
3. 穿上定距管和折流板；
4. 傳入換熱管；
5. 裝入筒體；
6. 將另一塊管板裝到管束的另一端，將殼體與管板點(diǎn)焊；
7. 在輥輪架上焊接管板和筒體；
8. 脹管或焊管；
9. 裝接管、裝支座；
10. 殼程水壓試驗(yàn)，目的是檢查管板和筒體的聯(lián)接情況，脹管質(zhì)量，縱環(huán)焊縫；
11. 裝上兩端管箱（封頭）；
12. 管束水壓試驗(yàn)，目的是檢查管板和封頭的聯(lián)接情況；封頭上的接管質(zhì)量；
13. 清理、油漆。
（3） 管子在管板上的固定方式
根據(jù)操作情況及密封要求，管子在管板上的固定方式有4種：脹接、焊接、爆炸連接和脹焊并用（先脹后焊（重脹+密封焊，輕脹+強(qiáng)度焊），先焊后脹）。
管子和管板的固定要求是：①密封性能好，不致于使管程介質(zhì)與殼程介質(zhì)混合。②有足夠的抗拉脫力，不致于由于溫差應(yīng)力或管程、殼程壓差，使管子和管板的連接拉脫。
脹接
用脹管器在管孔內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)管，使管端和管板孔都產(chǎn)生不同程度的脹大（擴(kuò)張）。管子處于塑性變形狀態(tài)，管板卻處于彈性變形狀態(tài)。當(dāng)脹管器撤出之后，管板的彈性變形恢復(fù)，而管子的恢復(fù)量則很小，于是就對管子有一個(gè)擠壓力，是管子和管板緊密地結(jié)合起來，達(dá)到了既密封又抗拉脫的目的。但是與焊接相比雖然間隙沒有了，耐腐蝕性提高了，章節(jié)的強(qiáng)度和密封性還是不如焊接；不適合于管程和殼程溫差較大的場合。
用脹管法連接時(shí)，管板的硬度要高于管子端部的硬度，必要時(shí)管子的端部要退火（差值HB26 ）。
脹接時(shí)可以采取各種措施增加管子和管板的脹接強(qiáng)度：
A. 可以在管板孔中開槽，使脹接時(shí)管子金屬嵌入槽中。管孔抓住管子從而提高脹接強(qiáng)度。
B. 翻邊法 如圖所示。用翻邊脹管器在脹管的同時(shí)，將管端滾壓成喇叭口形，卡在管板上以增加抗拉脫力。
下面介紹脹管的設(shè)備：
圖示為滾柱脹管器，1是滾柱、2是脹套、3是脹桿。它是通過脹桿的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)且不斷進(jìn)給，使?jié)L柱1來滾壓換熱管的管端，使管端脹大。不同的換熱管有不同的脹管頭，這是一種傳統(tǒng)的脹管方法。
滾柱脹管器有前進(jìn)脹接和后退脹接兩種。前者適合于中厚壁直徑小于38mm管子的脹接，他的脹桿成1：25—1：50的錐度，從而使工作時(shí)的軸向分力小于摩擦力，避免滾柱和脹桿間的相對滑動(dòng)。后者適用于管徑大于38 mm的深度脹管。
為了保證脹接質(zhì)量應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1. 脹管率應(yīng)適當(dāng)
脹管率又稱脹度 脹管率 ，
d0—管板孔徑，d—脹管后管子外徑。
不同的材料，不同的壁厚，要求的脹管率不同，一般認(rèn)為此值以1-1.9%為佳。管子直徑大，壁薄取小值；管子直徑大、壁厚取大值。管子的外徑不如內(nèi)徑容易測，所以教材上推薦另外兩個(gè)公式表示脹管的程度：
（8-1）表示的是管板孔的內(nèi)徑增大率；（8-2）表示的是管子壁厚減薄率。這兩個(gè)參數(shù)同樣能夠反映脹接的程度而且d1、d2比較容易測量。
欠脹：脹管率過小，不能保證必要的連接強(qiáng)度和密封性。
過脹：脹管率過大，管壁減薄嚴(yán)重，加工硬化明顯容易產(chǎn)生裂紋。另外，過脹時(shí)會(huì)使管板也產(chǎn)生塑性變形，從而降低了脹接強(qiáng)度，而且不可修復(fù)。
脹管的目的是要將管子貼到管板上，管子要經(jīng)過一段路程才能達(dá)到管板，這段路程就是管子外壁到管板孔內(nèi)壁的距離，這段距離對脹管質(zhì)量的影響是可想而知的。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)不同的管子，要對應(yīng)不同的管板孔公差。
2. 硬度差必須存在
管板的硬度應(yīng)比管子的硬度高HB20-30，否則管子還沒有發(fā)生塑變，管板先行塑性變形了，達(dá)不到連接的目的。沒有脹接強(qiáng)度。所以管板的機(jī)械性能應(yīng)比管子高，有時(shí)管端要退火。
3. 管子與管板孔的結(jié)合面需要光潔
脹接施工前，應(yīng)先檢查管板孔與管端的結(jié)合表面是否有油漬和雜物存在，只有當(dāng)表面清潔后才能著手脹接。通常要求管板孔表面與溝槽的光潔度為▽3-▽4（Ra）
|
▽ 1
|
Ra 50
|
▽ 7
|
▽ 0.8
|
|
▽ 2
|
Ra 25
|
▽ 8
|
▽ 0.4
|
|
▽ 3
|
Ra 12.5
|
▽ 9
|
▽0.2
|
|
▽ 4
|
Ra 6.3
|
▽ 10
|
▽0.
|
|
