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列管式換熱器
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- 無錫泉盛工業(yè)設(shè)備有限公司
- 2022-04-19 12:26:34
- 無錫市
- 292
【簡單介紹】
【詳細(xì)說明】
一、列管式換熱器簡介
列管式換熱器(shell and tube heat exchanger)又稱管殼式換熱器，是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用廣的類型。列管式換熱器材料可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作，廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品飲料、酒精生產(chǎn)、制冷、民用等工藝。
二、列管式換熱器結(jié)構(gòu)
列管式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。
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三、列管式換熱器類型
列管式換熱器由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過50℃時，需采取適當(dāng)補償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補償措施，列管式換熱器可分為以下幾種主要類型：
（一）固定管板式換熱器
管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機(jī)械清洗時的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應(yīng)力。
固定管板式換熱器的管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。
為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差60℃以上時，為安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過0.6Mpa時由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔茫蛻?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。
（二）浮頭式換熱器
這種換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為“浮頭"，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。
由于管束一端的管板可自由浮動，管束的膨脹不受殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力，消除了熱應(yīng)力；且整個管束可從殼體中抽出,便于機(jī)械清洗和檢修。
浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)備笨重，材料消耗量大，造價較高。且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時對密封要求較高。適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。
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（三）U型管換熱器
每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進(jìn)出口兩室。每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補償問題。此種換熱器*消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。缺點是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。
為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。
（四）渦流熱膜換熱器
渦流熱膜換熱器采用的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過改變流體運動狀態(tài)來增加傳熱效果，當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時，強(qiáng)力沖刷管子表面，從而提高換熱效率，可達(dá)10000W/m2℃。同時這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結(jié)垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱系數(shù)降低。因此，換熱器緊湊度高，占地面積小，是普通管殼式換熱器的1/5。
四、列管式換熱器主要控制參數(shù)
（一）列管式換熱器的主要控制參數(shù)為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數(shù)等。
（二）選用要點
1.根據(jù)已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計換熱面積，一般先假定傳熱系數(shù)，確定換熱器構(gòu)造，再校核傳熱系數(shù)K值。
2.選用換熱器時應(yīng)注意壓力等級，使用溫度，接口的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，列管式換熱器以選用直徑小的加長型，有利于提高換熱量。
3.換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在0.01～0.05MPa之間。
4.流速大小應(yīng)考慮流體黏度，黏度大的流速應(yīng)小于0.5～1.0m/s；一般流體管內(nèi)的流速宜取0.4～1.0m/s；易結(jié)垢的流體宜取0.8～1.2m/s。
5.高溫水進(jìn)入換熱器前宜設(shè)過濾器。
6.熱交換站中熱交換器的單臺處理和配置臺數(shù)組合結(jié)果應(yīng)滿足熱交換站的總供熱負(fù)荷及調(diào)節(jié)的要求。在滿足用戶熱負(fù)荷調(diào)節(jié)要求的前提下，同一個供熱系數(shù)中的換熱器臺數(shù)不宜少于2臺，不宜多于5臺。
（三）施工、安裝要點
1.熱交換器應(yīng)以工作壓力的1.5倍做水壓試驗，蒸汽部分應(yīng)不低于蒸汽供汽壓力加0.3MPa；熱水部分應(yīng)不低于0.4MPa。在試驗壓力下，保持10min壓力不降。
2.列管式換熱器前端應(yīng)留有抽卸管束的空間，即其封頭于墻壁或屋頂?shù)木嚯x不得小于換熱器的長度，設(shè)備運行操作通道凈寬不宜小于0.8m。
3.各類閥門和儀表的安裝高度應(yīng)便于操作和觀察。
4.加熱器上部附件（一般指安全閥）的點至建筑結(jié)構(gòu)點的垂直凈距應(yīng)滿足安裝檢測的要求，并不得小于0.2m。
