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1、第六章第六章 換熱設(shè)備換熱設(shè)備6.1 概述概述6.2 管殼式換熱器管殼式換熱器6.3 傳熱強(qiáng)化技術(shù)傳熱強(qiáng)化技術(shù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)： 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)。管殼式換熱器結(jié)構(gòu)。教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)： 管板設(shè)計(jì)、管束振動(dòng)。管板設(shè)計(jì)、管束振動(dòng)。6.2 管殼式換熱器管殼式換熱器本章本章重點(diǎn)重點(diǎn)管殼式換熱器管殼式換熱器過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型6.2.1 基本類型基本類

2、型一、固定管板式一、固定管板式二、浮頭式二、浮頭式三、三、U形管式形管式四、填料函式四、填料函式五、釜式重沸器五、釜式重沸器過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型一、固定管板式換熱器一、固定管板式換熱器（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 換 熱 器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)雙管程固定管板換熱器過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行溶解清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼解清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合。側(cè)壓力不高的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

3、、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)缺點(diǎn)當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。應(yīng)用應(yīng)用 為減少為減少熱應(yīng)力熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來(lái)吸收熱膨脹差。過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)二、浮頭式二、浮頭式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)浮頭端可自由伸縮，無(wú)熱應(yīng)力浮頭端可自由伸縮，無(wú)熱應(yīng)力浮頭端浮頭端6.

4、2.1 基本類型基本類型浮頭式換熱器浮頭式換熱器過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；缺點(diǎn)缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高， 設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋 在操作中無(wú)法檢查，制造時(shí)對(duì)密封要求較在操作中無(wú)法檢查，制造時(shí)對(duì)密封要求較 高。高。應(yīng)用應(yīng)用殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易 結(jié)垢的場(chǎng)合。結(jié)垢的場(chǎng)合。6.2.1 基本類型基本類型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)三、三、U U形管式換熱器形管式換熱器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（ C

5、） BIU U形 管 式 換 熱 器U U形管形管6.2.1 基本類型基本類型U U形管式換熱器形管式換熱器過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。 受彎管曲率半徑限制，布管少；受彎管曲率半徑限制，布管少； 管束最內(nèi)層管間距大，管板利用率低；管束最內(nèi)層管間距大，管板利用率低； 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 殼程流體易短路，傳熱不利。殼程流體易短路，傳熱不利。 當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有外層當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有外層U U形管可更形管可更 換，內(nèi)層管只能堵死，壞一根換，內(nèi)層管只能堵死，壞一根U U形管相當(dāng)形管相當(dāng) 于壞兩根管，報(bào)廢率較高。于壞兩根管，報(bào)

6、廢率較高。 管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要 應(yīng)用應(yīng)用 清洗，又不宜采用浮頭式和固定管板式的清洗，又不宜采用浮頭式和固定管板式的 場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢 的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。6.2.1 基本類型基本類型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)四、填料函式四、填料函式(d) AFP填 料 函 雙 殼 程 換 熱 器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)填料函式密封填料函式密封6.2.1 基本類型基本類型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單，加工制造方便；結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單，加工制造方便； 節(jié)省材料，造

7、價(jià)比較低廉節(jié)省材料，造價(jià)比較低廉; ; 管束從殼體內(nèi)可抽出管束從殼體內(nèi)可抽出; ; 管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。缺點(diǎn)缺點(diǎn) 填料處易泄漏。填料處易泄漏。 應(yīng)用應(yīng)用 4MPa 以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、 易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填 料的物性限制。料的物性限制。 注：填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用。注：填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用。6.2.1 基本類型基本類型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)五、釜式重沸器五、釜式重沸器 (f) 蒸發(fā)空間蒸發(fā)空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)管束可以為浮頭式、管束可以為浮頭式、U形管式

8、和固定管板式結(jié)構(gòu)形管式和固定管板式結(jié)構(gòu)6.2.1 基本類型基本類型與浮頭式、與浮頭式、U U形管式換熱器一樣，形管式換熱器一樣，清洗維修方便；清洗維修方便；可處理不清潔、易結(jié)垢介質(zhì)，能可處理不清潔、易結(jié)垢介質(zhì)，能承受高溫、高壓（無(wú)溫差應(yīng)力）。承受高溫、高壓（無(wú)溫差應(yīng)力）。特點(diǎn)特點(diǎn)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 換 熱 器過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管程管程與管束中流體相通的空間與管束中流體相通的空間殼程殼程換熱管外面流體及相

9、通空間換熱管外面流體及相通空間（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 換 熱 器6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2.1 管程結(jié)構(gòu)管程結(jié)構(gòu)6.2.2.2 殼程結(jié)構(gòu)殼程結(jié)構(gòu)一、換熱管一、換熱管二、管板二、管板三、管箱三、管箱四、管束分程四、管束分程五、換熱管與管板連接五、換熱管與管板連接過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)一、換熱管一、換熱管1.換熱管型式換熱管型式光管光管強(qiáng)化傳熱管強(qiáng)化傳熱管翅片管（在給熱系數(shù)低側(cè)）翅片管（在給熱系數(shù)低側(cè)）螺旋槽管螺旋槽管螺紋管螺紋管2.換熱管尺寸換熱管尺寸192、252.5和和382.5mm無(wú)縫鋼管無(wú)縫鋼管252和和382.5

10、mm不銹鋼管不銹鋼管標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等等6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)小管徑小管徑單位體積傳熱面積增大、單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞阻力大，不便清洗，易結(jié)垢堵塞用于較清潔的流體用于較清潔的流體粘性大或污濁的流體粘性大或污濁的流體大管徑大管徑6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)3.換熱管材料換熱管材料金屬材料金屬材料碳素鋼碳素鋼低合金鋼低合金鋼不銹鋼不銹鋼銅銅銅鎳合金銅鎳合金鋁合金鋁合金

11、鈦等鈦等非金屬材料非金屬材料石墨石墨陶瓷陶瓷聚四氟乙烯等聚四氟乙烯等6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)4.換熱管排列形式及中心距換熱管排列形式及中心距60309045p三角形布管多，但不易清洗；三角形布管多，但不易清洗；正方形及轉(zhuǎn)角正方形較易清洗正方形及轉(zhuǎn)角正方形較易清洗管橋強(qiáng)度管橋強(qiáng)度清洗通道清洗通道P1.25d06.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)表表6-1 常用換熱管中心距常用換熱管中心距/mm換熱管外徑換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距換熱管中心距16192532404857726.2.2 管殼式

12、換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)二、管板二、管板作用作用用來(lái)排布換熱管；用來(lái)排布換熱管；將管程和殼程流體分開(kāi)，避免冷、熱流體混合；將管程和殼程流體分開(kāi)，避免冷、熱流體混合；承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用。承受管程、殼程壓力和溫度的載荷作用。（a) BEM立式固定管板式換熱器6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)1.管板材料管板材料力學(xué)性能力學(xué)性能介質(zhì)腐蝕性（及介質(zhì)腐蝕性（及tube-tubesheet間電位差對(duì)腐蝕影響）間電位差對(duì)腐蝕影響）貴重鋼板價(jià)格貴重鋼板價(jià)格流體無(wú)腐蝕性

13、或有輕微腐蝕性時(shí)，流體無(wú)腐蝕性或有輕微腐蝕性時(shí)，管板采用壓力容器用碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造；管板采用壓力容器用碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造；腐蝕性較強(qiáng)時(shí)，用不銹鋼、銅、鋁、鈦等材料，腐蝕性較強(qiáng)時(shí)，用不銹鋼、銅、鋁、鈦等材料，為經(jīng)濟(jì)考慮，采用復(fù)合鋼板或堆焊襯里。為經(jīng)濟(jì)考慮，采用復(fù)合鋼板或堆焊襯里。6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)2.管板結(jié)構(gòu)管板結(jié)構(gòu)厚度厚度滿足強(qiáng)度前提下，盡量減少管板厚度滿足強(qiáng)度前提下，盡量減少管板厚度（ a) BEM立 式 固 定 管 板 式 換 熱 器熱應(yīng)力熱應(yīng)力6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)厚度計(jì)

14、算標(biāo)準(zhǔn)厚度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)GB151管殼式換熱器管殼式換熱器美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)TEMA西德西德AD標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)厚度厚度“厚管板厚管板”GB151管殼式換熱器管殼式換熱器、 美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)TEMA“薄管板薄管板”西德西德AD標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)8-20mm6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)薄管板薄管板平面形平面形橢圓形橢圓形碟形碟形球形球形撓性薄管板等撓性薄管板等目前主要有目前主要有6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)比較四種用于固定管板換熱器的薄管板結(jié)構(gòu)：比較四種用于固定管

15、板換熱器的薄管板結(jié)構(gòu)：薄管板貼于法蘭表面上，薄管板貼于法蘭表面上，當(dāng)管程通過(guò)腐蝕性介質(zhì)時(shí)，當(dāng)管程通過(guò)腐蝕性介質(zhì)時(shí)，密封槽開(kāi)在管板上，法蘭不密封槽開(kāi)在管板上，法蘭不與管程介質(zhì)接觸與管程介質(zhì)接觸（a）（b）薄管板嵌入法蘭內(nèi)，并將表面車薄管板嵌入法蘭內(nèi)，并將表面車平。不論管程和殼程是否有腐蝕平。不論管程和殼程是否有腐蝕性介質(zhì)，法蘭都會(huì)與腐蝕性介質(zhì)性介質(zhì)，法蘭都會(huì)與腐蝕性介質(zhì)接觸，需采用耐腐蝕材料，接觸，需采用耐腐蝕材料，而而且管板受法蘭力距的影響較大且管板受法蘭力距的影響較大6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)薄管板在法蘭下面且與筒體薄管板在法蘭下面且與筒體 焊接。殼

16、程通入腐蝕性介質(zhì)焊接。殼程通入腐蝕性介質(zhì) 時(shí)，不必采用耐腐蝕材料；時(shí)，不必采用耐腐蝕材料；管板離開(kāi)了法蘭，減小了法管板離開(kāi)了法蘭，減小了法 蘭力矩和變形對(duì)管板的影蘭力矩和變形對(duì)管板的影 響，降低了管板因法蘭引起響，降低了管板因法蘭引起 的應(yīng)力；的應(yīng)力；管板與剛度較小的筒體連管板與剛度較小的筒體連 接，也降低了管板的邊緣應(yīng)接，也降低了管板的邊緣應(yīng) 力；力；是一種較好的結(jié)構(gòu)。是一種較好的結(jié)構(gòu)。（c）6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)（d）管板與殼體間有一個(gè)圓弧過(guò)管板與殼體間有一個(gè)圓弧過(guò) 渡連接，并且很薄，管板具渡連接，并且很薄，管板具 有一定彈性，可補(bǔ)償管束與有一

17、定彈性，可補(bǔ)償管束與 殼體間的熱膨脹；殼體間的熱膨脹；過(guò)渡圓弧可減少管板邊緣的過(guò)渡圓弧可減少管板邊緣的 應(yīng)力集中。應(yīng)力集中。該種管板沒(méi)有法蘭力矩的影該種管板沒(méi)有法蘭力矩的影 響。響。殼程流體通入腐蝕性介質(zhì)殼程流體通入腐蝕性介質(zhì) 時(shí)，法蘭不會(huì)受到腐蝕。時(shí)，法蘭不會(huì)受到腐蝕。撓性薄管板加工比較復(fù)雜。撓性薄管板加工比較復(fù)雜。撓性薄管板結(jié)構(gòu)撓性薄管板結(jié)構(gòu)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)圖圖6-16橢圓形管板橢圓形管板以橢圓形封頭作為管板，與換熱器殼體焊接在一起。以橢圓形封頭作為管板，與換熱器殼體焊接在一起。受力情況比平管板好得多，可以做得很薄，有利于降受力情況比平管

18、板好得多，可以做得很薄，有利于降低熱應(yīng)力；適用于高壓、大直徑的換熱器。低熱應(yīng)力；適用于高壓、大直徑的換熱器。6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)用于嚴(yán)格禁止管程用于嚴(yán)格禁止管程與殼程介質(zhì)互相混與殼程介質(zhì)互相混合的場(chǎng)合。合的場(chǎng)合。方法：方法： 從短節(jié)排出從短節(jié)排出 短節(jié)圓筒充入高于短節(jié)圓筒充入高于 管程、殼程壓力的管程、殼程壓力的 惰性介質(zhì)惰性介質(zhì)圖圖6-17 雙管板結(jié)構(gòu)雙管板結(jié)構(gòu)1空隙空隙 2殼程管板殼程管板 3短節(jié)短節(jié) 4管程管板管程管板234112346.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)三、管箱三、管箱作用作用流體送入換熱管和

19、送出換熱器，流體送入換熱管和送出換熱器， 在多管程結(jié)構(gòu)中，還起到改變流體流向的作用。在多管程結(jié)構(gòu)中，還起到改變流體流向的作用。結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定因素清洗？管束分程？清洗？管束分程？(a)(b)(c)(d)隔板(a)(b)隔板箱蓋(a) （b） (c) (d)圖圖 6-17 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式隔 板(a)( b )隔 板箱 蓋(a) （ b） (c) (d)圖圖6 -17 管管 箱箱 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 形形 式式隔 板(a)(b)隔 板箱 蓋（ 2）（ 1）(c)隔 板箱 蓋管 板(d)隔 板(a) （ b） (c) (d)圖圖6-17 管管 箱箱 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 形形 式式隔板(a)（2

20、）（1）(c)隔板箱蓋管板(d)隔板(a) （b） (c) (d)圖圖6-17 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn)清洗時(shí)要拆除管線；清洗時(shí)要拆除管線；該結(jié)構(gòu)適用于較清該結(jié)構(gòu)適用于較清潔的介質(zhì)。潔的介質(zhì)。隔板(a)(b)隔板箱蓋（ 2）（ 1）(c)隔 板箱 蓋管 板(d)隔 板 (a) （b） (c) (d) 圖圖 6-17 管管 箱箱 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 形形 式式 (a)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)換熱器管箱過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)清洗時(shí)不要拆除管線；清洗時(shí)不要拆除管線；缺點(diǎn)是用材較多。缺點(diǎn)是用材較多。特點(diǎn)特點(diǎn)隔 板

21、(a)(b)隔 板箱 蓋(a) （ b） (c) (d)圖圖6 -17 管管 箱箱 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 形形 式式(b)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn)檢查、清洗不方便檢查、清洗不方便很少使用很少使用隔板(a)(b)隔 板箱 蓋（2）（1）(c)隔板箱蓋管板(d)隔板(a) （b） (c) (d)圖圖6-17 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式（1）（2）(c)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn)設(shè)置多層隔板設(shè)置多層隔板的管箱結(jié)構(gòu)的管箱結(jié)構(gòu)隔板(a)（2）（1）(c)隔板箱蓋管板(d)隔板(a) （b） (c) (d)圖圖6-1

22、7 管管箱箱結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)形形式式(d)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)四、管束分程四、管束分程管內(nèi)流動(dòng)的流體從管子的一端流到另一端，稱為一個(gè)管程管內(nèi)流動(dòng)的流體從管子的一端流到另一端，稱為一個(gè)管程換熱面積要變大換熱面積要變大管數(shù)增加管數(shù)增加流速下降流速下降傳熱系數(shù)下降傳熱系數(shù)下降多管程多管程管子加長(zhǎng)管子加長(zhǎng)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)管束分程布置圖管束分程布置圖圖序管箱隔板介質(zhì)返回側(cè)隔板管程數(shù)流動(dòng)順序214612123414231432213546146325bacdefg每程管數(shù)大致相同，溫差不超過(guò)每程管數(shù)大致相同，溫差不

23、超過(guò)20左右為好左右為好流向流向6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)五、換熱管與管板連接五、換熱管與管板連接強(qiáng)度脹強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊脹焊并用脹焊并用1.強(qiáng)度脹強(qiáng)度脹保證換熱管與管板連接的保證換熱管與管板連接的密封性能密封性能及及抗拉脫強(qiáng)度抗拉脫強(qiáng)度的脹接的脹接設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力4.0MPa；設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)溫度300；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大溫度波動(dòng)，操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大溫度波動(dòng)，及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。應(yīng)用應(yīng)用6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)33 8300300K11130033 86K11133863003111300K貼脹

24、貼脹過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)用于用于25mm的場(chǎng)合的場(chǎng)合用于用于25mm的場(chǎng)合的場(chǎng)合用于厚管板及避免用于厚管板及避免晶間腐蝕的場(chǎng)合晶間腐蝕的場(chǎng)合圖圖6-18 強(qiáng)度脹接管孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度脹接管孔結(jié)構(gòu)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)300l過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)非均勻脹接非均勻脹接均勻脹接均勻脹接脹接機(jī)理脹接機(jī)理方法方法管子硬度一般須低于管板硬度，管子硬度一般須低于管板硬度，若達(dá)不到，可進(jìn)行管頭退火處理若達(dá)不到，可進(jìn)行管頭退火處理6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)液壓脹接液壓脹接 接頭接頭6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程

25、設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)液壓脹接液壓脹接 過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)機(jī)械脹接機(jī)械脹接 過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)2.強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊保證換熱管與管板連接的保證換熱管與管板連接的密封性能密封性能及及抗拉脫強(qiáng)度抗拉脫強(qiáng)度的焊接。的焊接。用于整體管板用于整體管板用于復(fù)合管板用于復(fù)合管板圖圖6-20 強(qiáng)度焊接管孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度焊接管孔結(jié)構(gòu)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)度高。焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)度高。高溫下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。高溫下也能保證連接處的密封

26、性能和抗拉脫能力。泄露處可補(bǔ)焊和更換。泄露處可補(bǔ)焊和更換。焊后，管子與管板中存在殘余熱應(yīng)力和應(yīng)力集中，焊后，管子與管板中存在殘余熱應(yīng)力和應(yīng)力集中，運(yùn)行時(shí)可能引起應(yīng)力腐蝕與疲勞；運(yùn)行時(shí)可能引起應(yīng)力腐蝕與疲勞；縫隙腐蝕?？p隙腐蝕。缺點(diǎn)缺點(diǎn)除較大振動(dòng)和縫隙腐蝕場(chǎng)合外，該方法應(yīng)用廣泛除較大振動(dòng)和縫隙腐蝕場(chǎng)合外，該方法應(yīng)用廣泛; ;薄管板不能脹，只能焊。薄管板不能脹，只能焊。應(yīng)用應(yīng)用6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)3.脹焊并用脹焊并用主要有主要有強(qiáng)度脹強(qiáng)度脹+ +密封焊密封焊、強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊+ +貼脹貼脹、強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊+ +強(qiáng)度脹強(qiáng)度脹等等不僅能提高連接處的抗疲勞性能，

27、不僅能提高連接處的抗疲勞性能，而且還可消除應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕，而且還可消除應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕，提高使用壽命提高使用壽命應(yīng)用：應(yīng)用：密封性能要求較高；密封性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；有縫隙腐蝕；需使用復(fù)合管板等的場(chǎng)合需使用復(fù)合管板等的場(chǎng)合6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)切除管子端部切除管子端部過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)課堂討論課堂討論關(guān)于先焊還是先脹的討論關(guān)于先焊還是先脹的討論機(jī)械脹接機(jī)械脹接先焊后脹先焊后脹液壓脹接液壓脹接先脹后焊先脹后焊6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)

28、構(gòu)第六章第六章 換熱設(shè)備換熱設(shè)備6.1 概述概述6.2 管殼式換熱器管殼式換熱器6.3 傳熱強(qiáng)化技術(shù)傳熱強(qiáng)化技術(shù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2.2 殼程結(jié)構(gòu)殼程結(jié)構(gòu)一、殼體一、殼體二、折流板二、折流板三、折流桿三、折流桿四、防短路結(jié)構(gòu)四、防短路結(jié)構(gòu)五、殼程分程五、殼程分程6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)一、殼體一、殼體1. 接管接管2. 防沖擋板防沖擋板3. 導(dǎo)

29、流筒導(dǎo)流筒焊在殼體上，供殼程流體進(jìn)、出。焊在殼體上，供殼程流體進(jìn)、出。防止進(jìn)口流體直接沖擊管束造成管子的侵蝕和防止進(jìn)口流體直接沖擊管束造成管子的侵蝕和振動(dòng)，在殼程進(jìn)口接管處安裝，也叫緩沖板。振動(dòng)，在殼程進(jìn)口接管處安裝，也叫緩沖板。焊接在拉桿、定距管、焊接在拉桿、定距管、I折流板上折流板上焊接在圓筒上焊接在圓筒上用用U型螺栓固定在換熱管上型螺栓固定在換熱管上固定形式固定形式減少流體滯留區(qū)，改善兩端流體的分布，減少流體滯留區(qū)，改善兩端流體的分布，增加換熱管的有效換熱長(zhǎng)度，提高傳熱效率；增加換熱管的有效換熱長(zhǎng)度，提高傳熱效率；起防沖擋板的作用。起防沖擋板的作用。6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱

30、器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)導(dǎo)流筒導(dǎo)流筒過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)二、折流板二、折流板1.作用作用提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；提高殼程流體流速，增加湍動(dòng)程度；使殼程流體垂直沖刷管束，提高殼程傳熱系數(shù)；使殼程流體垂直沖刷管束，提高殼程傳熱系數(shù)；減少結(jié)垢。減少結(jié)垢。2.結(jié)構(gòu)形式（見(jiàn)圖）結(jié)構(gòu)形式（見(jiàn)圖）弓形弓形圓盤圓盤- -圓環(huán)形圓環(huán)形堰形折流板堰形折流板6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)(b)雙弓形水平豎直轉(zhuǎn)角（a） 單弓形（C）三弓形（d）四弓形(b)雙弓形水平豎直轉(zhuǎn)角（a） 單弓形（C）三弓形（d）四弓形(a)單

31、弓形單弓形(d)圓盤圓盤-圓環(huán)形圓環(huán)形(c)三弓形三弓形(b)雙弓形雙弓形弓形缺口高度弓形缺口高度h應(yīng)使流體流過(guò)缺口時(shí)與橫向流過(guò)管束時(shí)的流速相近應(yīng)使流體流過(guò)缺口時(shí)與橫向流過(guò)管束時(shí)的流速相近缺口大小用弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來(lái)表示，缺口大小用弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來(lái)表示，如單弓形折流板，如單弓形折流板，h一般取一般取0.200.45Di，最常用，最常用0.25Di。6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)圖圖6-21 折流板形式折流板形式過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)3.弓形缺口及通液口設(shè)置弓形缺口及通液口設(shè)置（A）殼程為單相清潔液體時(shí)，折流板缺口上下布置殼程為單相清潔液體時(shí)，折流板缺口

32、上下布置圖圖6-22 折流板缺口布置折流板缺口布置6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)（B）臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固臥式換熱器的殼程介質(zhì)為氣液相共存或液體中含有固體顆粒時(shí)，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板體顆粒時(shí)，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開(kāi)通液口最低處開(kāi)通液口通液口通液口圖圖6-22 折流板缺口布置折流板缺口布置6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)折流板缺口垂直左右布折流板缺口垂直左右布置置過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)折流板折流板過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)4.折流板布置折流

33、板布置位置：管束兩端的折流板盡量靠近進(jìn)出口接管位置：管束兩端的折流板盡量靠近進(jìn)出口接管間距：間距： Lmin不小于不小于0.2Di，且不小于，且不小于50mm； Lmax不大于不大于Di；（a) BEM立式固定管板式換熱器6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)折流板上管孔與換熱管的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的折流板上管孔與換熱管的間隙以及折流板與殼體內(nèi)壁之間的間隙間隙過(guò)大過(guò)大泄露嚴(yán)重，不利傳熱；易引起振動(dòng)。泄露嚴(yán)重，不利傳熱；易引起振動(dòng)。過(guò)小過(guò)小安裝困難。安裝困難。當(dāng)換熱管的無(wú)支撐跨距超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值時(shí)，當(dāng)換熱管的無(wú)支撐跨距超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定值時(shí)，必須設(shè)置一定數(shù)

34、量的支撐板，按照折流板處理。必須設(shè)置一定數(shù)量的支撐板，按照折流板處理。（a) BEM立式固定管板式換熱器6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)5.折流板的固定折流板的固定B、換熱管外徑換熱管外徑14mm時(shí)時(shí)點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)A、換熱管外徑換熱管外徑 14mm時(shí)時(shí)拉桿拉桿- -定距管結(jié)構(gòu)定距管結(jié)構(gòu)dndnd+1d點(diǎn)焊6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)dndnd+1d點(diǎn)焊dndn圖圖6-23 拉桿結(jié)構(gòu)拉桿結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)三、折流桿三、折流桿作用作用管束支撐結(jié)構(gòu)管束支撐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)特點(diǎn)減輕折流板對(duì)換熱管的剪切破壞和流體誘導(dǎo)振動(dòng)；減輕折流板對(duì)換熱管的剪切破

35、壞和流體誘導(dǎo)振動(dòng)； 避免折流板導(dǎo)致的傳熱死區(qū)，減小流體阻力，避免折流板導(dǎo)致的傳熱死區(qū)，減小流體阻力， 提高傳熱效率；提高傳熱效率；123（1）支撐桿）支撐桿（2）折流桿）折流桿（3）滑軌）滑軌圖圖6-24 折流桿結(jié)構(gòu)折流桿結(jié)構(gòu) 6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)四、防短路結(jié)構(gòu)四、防短路結(jié)構(gòu)1.旁路擋板旁路擋板旁路擋板旁路擋板 擋管（或稱假管）擋管（或稱假管） 中間擋板中間擋板為了防止為了防止殼程邊緣殼程邊緣介質(zhì)短路介質(zhì)短路折流板旁路擋板旁路擋板旁路擋板折流板折流板6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)圖圖6-25 擋管結(jié)構(gòu)擋管結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)

36、旁路擋板可用旁路擋板可用鋼板鋼板或或扁鋼扁鋼制成，其厚度一般與制成，其厚度一般與折流板相同。折流板相同。旁路擋板嵌入折流板槽內(nèi)，并旁路擋板嵌入折流板槽內(nèi)，并與折流板焊接與折流板焊接。殼體公稱直徑殼體公稱直徑DN500mm時(shí)，增設(shè)一對(duì)旁路擋板；時(shí)，增設(shè)一對(duì)旁路擋板； DN = 500mm時(shí)，增設(shè)二對(duì)擋板；時(shí)，增設(shè)二對(duì)擋板； DN1000mm時(shí)，增設(shè)三對(duì)旁路擋板。時(shí)，增設(shè)三對(duì)旁路擋板。6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)2、擋管、擋管圖圖6-26 擋管結(jié)構(gòu)擋管結(jié)構(gòu)防止管間短路；防止管間短路；分程隔板槽背面兩管板之間設(shè)置兩端堵死的管子，即擋管；分程隔板槽背面兩管板之間

37、設(shè)置兩端堵死的管子，即擋管；擋管一般與換熱管規(guī)格相同，可與折流板點(diǎn)焊固定，也可用擋管一般與換熱管規(guī)格相同，可與折流板點(diǎn)焊固定，也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。擋管每隔擋管每隔34排換熱管設(shè)置一根，但不設(shè)置在折流板缺口處排換熱管設(shè)置一根，但不設(shè)置在折流板缺口處6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)隔板與擋管隔板與擋管過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)3.中間擋板中間擋板中間擋板中間擋板圖圖6-27 中間擋板中間擋板U形管束中心部分存在較大間隙形管束中心部分存在較大間隙 ，防止管間短路；，防止管間短路；中間擋板一般與折流板點(diǎn)焊固定；中間擋板一般與折流板點(diǎn)焊固定

38、；中間擋板的數(shù)量中間擋板的數(shù)量:DN500mm時(shí)，設(shè)置時(shí)，設(shè)置1塊擋板；塊擋板； 500mmDN1000mm時(shí)，設(shè)置時(shí)，設(shè)置2塊擋板；塊擋板； DN1000mm時(shí)，設(shè)置不少于時(shí)，設(shè)置不少于3塊擋板。塊擋板。6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)五、殼程分程五、殼程分程根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，或?yàn)樵龃髿こ塘黧w傳熱系數(shù)，或?yàn)樵龃髿こ塘黧w傳熱系數(shù)，也可將換熱器殼程分為多程的結(jié)構(gòu)。也可將換熱器殼程分為多程的結(jié)構(gòu)。6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)第六章第六章 換熱設(shè)備換熱設(shè)備6.1 概述概述6.2 管殼式換熱器管殼式換熱器6.3 傳熱強(qiáng)化技術(shù)傳熱強(qiáng)化

39、技術(shù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮二、管板設(shè)計(jì)思路二、管板設(shè)計(jì)思路三、薄管板設(shè)計(jì)三、薄管板設(shè)計(jì)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)各國(guó)的管板設(shè)計(jì)公式盡管形式各異，但其大體上各國(guó)的管板設(shè)計(jì)公式盡管形式各異，但其大體上是分別在以下三種基本假設(shè)的前提下得出的：是分別在以下三種基本假設(shè)的前提下得出的：

40、（1）將管板看成周邊支承條件下承受均布載荷的圓平板，）將管板看成周邊支承條件下承受均布載荷的圓平板，應(yīng)用平板理論得出計(jì)算公式?？紤]到管孔的削弱，再引入應(yīng)用平板理論得出計(jì)算公式。考慮到管孔的削弱，再引入經(jīng)驗(yàn)性的修正公式。經(jīng)驗(yàn)性的修正公式。（2）將管子當(dāng)作管板的固定支撐而管板是受管子支撐著的）將管子當(dāng)作管板的固定支撐而管板是受管子支撐著的圓平板。管板的厚度取決于管板上不布管區(qū)的范圍。實(shí)踐圓平板。管板的厚度取決于管板上不布管區(qū)的范圍。實(shí)踐證明，這種公式適用于各種薄管板的計(jì)算。證明，這種公式適用于各種薄管板的計(jì)算。（3）將管板視為在廣義彈性基礎(chǔ)上承受均布載荷的多孔圓）將管板視為在廣義彈性基礎(chǔ)上承受均布

41、載荷的多孔圓平板，既把圓平板簡(jiǎn)化為受到規(guī)則排列的管孔削弱、同時(shí)平板，既把圓平板簡(jiǎn)化為受到規(guī)則排列的管孔削弱、同時(shí)又被管子加強(qiáng)的等效彈性基礎(chǔ)上的均質(zhì)等效圓平板。又被管子加強(qiáng)的等效彈性基礎(chǔ)上的均質(zhì)等效圓平板。過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮一、管板設(shè)計(jì)的基本考慮 假設(shè)：假設(shè)：把實(shí)際的管板簡(jiǎn)把實(shí)際的管板簡(jiǎn)化為承受均布載化為承受均布載荷、放置在彈性荷、放置在彈性基礎(chǔ)上且受管孔基礎(chǔ)上且受管孔均勻削弱的當(dāng)量均勻削弱的當(dāng)量圓平板。圓平板。GB151管殼式換熱器管殼式換熱器6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)a.管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用管束對(duì)管板撓

42、度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)布管區(qū)布管區(qū)不布管區(qū)不布管區(qū)簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化b.管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響按其面積簡(jiǎn)化為按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)形實(shí)心板圓環(huán)形實(shí)心板管板邊緣的應(yīng)力下降管板邊緣的應(yīng)力下降管板管板靠近中央部分的靠近中央部分的布管區(qū)布管區(qū)靠近周邊處較窄的不布管區(qū)靠近周邊處較窄的不布管區(qū)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)c.不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器, 管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根 據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、封頭、墊片等元件

43、對(duì)管據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、封頭、墊片等元件對(duì)管 板邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用；板邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用； (不同連接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟有所不同不同連接結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)步驟有所不同)a型型b型型c型型d型型e型型f型型6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)d.管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響e型型f 型型6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)假設(shè)：假設(shè)：把實(shí)際的管板簡(jiǎn)化為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上且受管孔把實(shí)際的管板簡(jiǎn)化為承受均布載荷、放置在彈性基礎(chǔ)上且受管孔均勻削弱的當(dāng)量圓平板。均勻削弱的當(dāng)量圓平板。a. 管束對(duì)

44、管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用管束對(duì)管板撓度的約束作用，但忽略管束對(duì)管板轉(zhuǎn)角的約束作用b. 管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響：將管板劃分為兩個(gè)區(qū)，即管板周邊不布管區(qū)對(duì)管板應(yīng)力的影響：將管板劃分為兩個(gè)區(qū)，即 靠近中央部分的布管區(qū)和靠近周邊處較窄的不布管區(qū)。通常管板靠近中央部分的布管區(qū)和靠近周邊處較窄的不布管區(qū)。通常管板 周邊部分較窄的不布管區(qū)按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)形實(shí)心板。由于不周邊部分較窄的不布管區(qū)按其面積簡(jiǎn)化為圓環(huán)形實(shí)心板。由于不 布管區(qū)的存在，管板邊緣的應(yīng)力下降；布管區(qū)的存在，管板邊緣的應(yīng)力下降；c. 不同結(jié)構(gòu)形式的換熱器，管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根不同結(jié)構(gòu)形式的換熱

45、器，管板邊緣有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根 據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、封頭、墊片等元件對(duì)管板據(jù)具體情況，考慮殼體、管箱、法蘭、封頭、墊片等元件對(duì)管板 邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用；邊緣轉(zhuǎn)角的約束作用；d. 管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響。管板兼作法蘭時(shí)，法蘭力矩的作用對(duì)管板應(yīng)力的影響。6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)二、管板設(shè)計(jì)思路二、管板設(shè)計(jì)思路1. 管板彈性分析管板彈性分析綜合考慮綜合考慮Ps、Pt；T；預(yù)緊法蘭力矩等載荷預(yù)緊法蘭力矩等載荷簡(jiǎn)化管板為彈性基礎(chǔ)簡(jiǎn)化管板為彈性基礎(chǔ)上的等效均質(zhì)圓平板上的等效均質(zhì)圓平板建立每個(gè)單獨(dú)元件位移與轉(zhuǎn)角建立每個(gè)單獨(dú)元件位移與轉(zhuǎn)角

46、與其上的內(nèi)力的關(guān)系式與其上的內(nèi)力的關(guān)系式以內(nèi)力為未知量的變形協(xié)調(diào)方程組以內(nèi)力為未知量的變形協(xié)調(diào)方程組求得內(nèi)力后，計(jì)算危險(xiǎn)截面上應(yīng)力求得內(nèi)力后，計(jì)算危險(xiǎn)截面上應(yīng)力應(yīng)力校核應(yīng)力校核u、-N-u、-N-6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì) 圖圖6-28 管板與其相關(guān)元件的內(nèi)力分析圖管板與其相關(guān)元件的內(nèi)力分析圖內(nèi)力共內(nèi)力共14個(gè)個(gè)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)作用在封頭作用在封頭(管箱管箱)與管箱法蘭連接處的與管箱法蘭連接處的 邊緣彎矩邊緣彎矩 Mh、橫剪力、橫剪力 Hh，軸向力，軸向力 Vh6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)圖圖6-28 管板與其相關(guān)管板與其相關(guān) 元件

47、的內(nèi)力分析圖元件的內(nèi)力分析圖VGVbVbVG過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)作用在墊片上的作用在墊片上的軸向內(nèi)力軸向內(nèi)力 VG與作用在螺栓圓上的與作用在螺栓圓上的螺栓力螺栓力 Vb圖圖6-28 管板與其相關(guān)管板與其相關(guān) 元件的內(nèi)力分析圖元件的內(nèi)力分析圖6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)HsVsMsHsMsVsVs作用在殼體與殼體法蘭連接處的作用在殼體與殼體法蘭連接處的邊緣彎矩邊緣彎矩Ms橫向剪力橫向剪力Hs軸向力軸向力Vs圖圖6-28 管板與其相關(guān)管板與其相關(guān) 元件的內(nèi)力分析圖元件的內(nèi)力分析圖6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)作用在環(huán)形的不布管區(qū)作用在環(huán)形的不布管區(qū)

48、與殼體法蘭之間即半徑與殼體法蘭之間即半徑為為R處的處的:彎矩彎矩 MR徑向力徑向力 HR軸向剪力軸向剪力 VR圖圖6-28 管板與其相關(guān)管板與其相關(guān) 元件的內(nèi)力分析圖元件的內(nèi)力分析圖6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)MfMfMfVfHf作用在管板布管區(qū)作用在管板布管區(qū)與邊緣環(huán)板連接處與邊緣環(huán)板連接處即半徑為即半徑為RtRt處的處的: :邊緣彎矩邊緣彎矩Mf徑向剪力徑向剪力Hf邊緣剪力邊緣剪力Vf圖圖6-28 管板與其相關(guān)管板與其相關(guān) 元件的內(nèi)力分析圖元件的內(nèi)力分析圖6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)2. 危險(xiǎn)工況危險(xiǎn)工況確定危險(xiǎn)工況的基本原則：確定危險(xiǎn)工況的

49、基本原則：如果不能保證換熱器殼程壓力如果不能保證換熱器殼程壓力ps與管程壓力與管程壓力pt在任何情況在任何情況下都能同時(shí)作用，則不允許以殼程壓力和管程壓力的壓差下都能同時(shí)作用，則不允許以殼程壓力和管程壓力的壓差進(jìn)行管板設(shè)計(jì)。進(jìn)行管板設(shè)計(jì)。如果如果ps和和pt之一為負(fù)壓時(shí)，則應(yīng)考慮壓差的危險(xiǎn)組合。之一為負(fù)壓時(shí)，則應(yīng)考慮壓差的危險(xiǎn)組合。管板是否兼作法蘭等不同結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)工況組合也不同。管板是否兼作法蘭等不同結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)工況組合也不同。6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)對(duì)于固定管板換熱器，管板分析時(shí)應(yīng)考慮下列危險(xiǎn)工況對(duì)于固定管板換熱器，管板分析時(shí)應(yīng)考慮下列危險(xiǎn)工況:只有殼程壓力只有殼程

50、壓力ps ，而管程壓力，而管程壓力pt=0，不計(jì)熱膨脹差；，不計(jì)熱膨脹差；只有管程壓力只有管程壓力pt ，而殼程壓力，而殼程壓力ps =0，不計(jì)熱膨脹差；，不計(jì)熱膨脹差；只有管程壓力只有管程壓力pt ，而殼程壓力，而殼程壓力ps =0，同時(shí)考慮熱膨脹差。，同時(shí)考慮熱膨脹差。6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)只有殼程壓力只有殼程壓力ps ，而管程壓力，而管程壓力pt=0，同時(shí)考慮熱膨脹差；，同時(shí)考慮熱膨脹差；過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)3. 管板應(yīng)力校核管板應(yīng)力校核管板布管區(qū)應(yīng)力值、管板布管區(qū)應(yīng)力值、環(huán)形板的應(yīng)力值、環(huán)形板的應(yīng)力值、殼體法蘭應(yīng)力、殼體法蘭應(yīng)力、換熱管軸向應(yīng)力、換熱管軸向應(yīng)力、換熱管與管板連

51、接拉脫力換熱管與管板連接拉脫力q需計(jì)算出的進(jìn)行校核的應(yīng)力：需計(jì)算出的進(jìn)行校核的應(yīng)力：應(yīng)力分類、校核應(yīng)力分類、校核在不同的危險(xiǎn)工況組合下，計(jì)算出相應(yīng)的：在不同的危險(xiǎn)工況組合下，計(jì)算出相應(yīng)的：6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)4. 管板應(yīng)力的調(diào)整管板應(yīng)力的調(diào)整調(diào)整方法調(diào)整方法增加管板厚度增加管板厚度降低殼體軸向剛度，如設(shè)置膨脹節(jié)降低殼體軸向剛度，如設(shè)置膨脹節(jié) （降低由溫差引起的膨脹差導(dǎo)致的管板應(yīng)力增加）（降低由溫差引起的膨脹差導(dǎo)致的管板應(yīng)力增加）提高管板的抗彎截面模量提高管板的抗彎截面模量6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)5. 管板設(shè)計(jì)計(jì)算軟件管板設(shè)計(jì)計(jì)算軟件減

52、少繁重勞動(dòng)，利用計(jì)算軟件，如減少繁重勞動(dòng)，利用計(jì)算軟件，如SW6等。等。6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)三、薄管板設(shè)計(jì)三、薄管板設(shè)計(jì)主要載荷由管壁與殼壁的溫度差決定，主要載荷由管壁與殼壁的溫度差決定，流體壓力引起的應(yīng)力與撓度相對(duì)說(shuō)來(lái)是不大的。流體壓力引起的應(yīng)力與撓度相對(duì)說(shuō)來(lái)是不大的。管子的穩(wěn)定性驗(yàn)算管子的穩(wěn)定性驗(yàn)算公稱公稱直徑直徑300400500600700800900120014001800管板管板厚度厚度810121416表表6-3 薄管板的厚度薄管板的厚度 mm6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)第六章第六章 換熱設(shè)備換熱設(shè)備6.1 概述概述6.2 管殼式換熱器管殼式換熱器

53、6.3 傳熱強(qiáng)化技術(shù)傳熱強(qiáng)化技術(shù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)一、膨脹節(jié)的作用一、膨脹節(jié)的作用二、是否設(shè)置膨脹節(jié)的判斷二、是否設(shè)置膨脹節(jié)的判斷6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)一、膨脹節(jié)的作用一、膨脹節(jié)的作用1.膨脹節(jié)的作用膨脹節(jié)的作用降低由于管束和降低由于管束和殼體間熱膨脹差殼體間熱膨脹差所引起的所引起的管板應(yīng)管板應(yīng)力力

54、、換熱管與殼、換熱管與殼體上的體上的軸向應(yīng)力軸向應(yīng)力以及管板與換熱以及管板與換熱管間的管間的拉脫力拉脫力。圖圖6-29 U形膨脹節(jié)形膨脹節(jié)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)膨脹節(jié)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)2.膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)形式膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)形式a. U膨脹節(jié)膨脹節(jié)b. 膨脹節(jié)膨脹節(jié)c. 平板膨脹節(jié)平板膨脹節(jié)二、是否設(shè)置膨脹節(jié)的判斷二、是否設(shè)置膨脹節(jié)的判斷別忽視其他有效方法別忽視其他有效方法標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：GB16749壓力容器波形膨脹節(jié)壓力容器波形膨脹節(jié)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)第六章第六章 換熱設(shè)備換熱設(shè)備6.1 概述概述6.2 管殼式換熱器管殼式換熱器6.3 傳熱強(qiáng)

55、化技術(shù)傳熱強(qiáng)化技術(shù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.1 基本類型基本類型6.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器結(jié)構(gòu)6.2.3 管板設(shè)計(jì)管板設(shè)計(jì)6.2.4 膨脹節(jié)設(shè)計(jì)膨脹節(jié)設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止一、振動(dòng)原因一、振動(dòng)原因二、振動(dòng)防止二、振動(dòng)防止6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止一、振動(dòng)原因一、振動(dòng)原因1.外激振力外激振力2.流體誘導(dǎo)振動(dòng)流體誘導(dǎo)振動(dòng)現(xiàn)象現(xiàn)象a.縱向流體誘導(dǎo)振動(dòng)縱向流體誘導(dǎo)振動(dòng)b.橫向流體誘導(dǎo)振動(dòng)橫向流體誘導(dǎo)振動(dòng)旋渦脫落旋渦脫落流體彈性擾動(dòng)流體彈性擾動(dòng)湍流顫振湍流顫振聲振動(dòng)聲振動(dòng)射流轉(zhuǎn)換射流轉(zhuǎn)換過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止振動(dòng)破壞現(xiàn)象振動(dòng)破壞現(xiàn)象過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)6.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止固有頻率固有頻率1.避免共振避免共振2.工程簡(jiǎn)化工程簡(jiǎn)化過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)二、振動(dòng)防止二、振動(dòng)防止1.改變流速改變流速2.改變管子固有頻率改變管子固有頻率3.增設(shè)消聲板增設(shè)消聲板4.抑制周期性旋渦抑制周期性旋渦5.設(shè)置防沖板或?qū)Я魍苍O(shè)置防沖板或?qū)Я魍?.2.5 管束振動(dòng)和防止管束振動(dòng)和防止