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               管殼式換熱器
 
概述:
管殼式換熱器又稱列管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)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、流通截面較寬、易于清洗水垢;但傳熱系數(shù)低、占地面積大。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,是應(yīng)用最廣的類型。
管殼式換熱器有固定管板式汽-換熱器、帶膨脹節(jié)管殼式汽-換熱器、浮頭式汽-換熱器、U形管殼式汽-換熱器、波節(jié)型管殼式汽-換熱器、分段式-換熱器等幾種類型。管殼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。
結(jié)構(gòu):
管殼式換熱器由殼體、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(dòng),稱為管程流體;另一種在管外流動(dòng),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)安裝若干折流板。折流板可降低流體在殼程內(nèi)的流體速度,迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)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(dòng)程度高,傳熱系數(shù)大;正方形排列則管外清洗方便,適用于易結(jié)垢的流體。
管殼式換熱器的主要控制參數(shù)為熱面積、熱流體流量、換熱量、熱媒參數(shù)等。
流體每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程;每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高流體管內(nèi)的滯留時(shí)間,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板,將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子,因而在管束中往返多次,這稱為多管程。同樣,為提高管外流體的滯留時(shí)間,也可在殼體內(nèi)安裝縱向板,迫使流體多次通過(guò)殼體空間,稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。
分類:
管殼式換熱器由于管內(nèi)外流體的溫度不同,因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(guò)50℃時(shí),需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施,以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施,管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型:

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)簡(jiǎn)單,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(shí)的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時(shí),可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈,以減小熱應(yīng)力。

浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動(dòng),完全消除了熱應(yīng)力;且整個(gè)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,造價(jià)較高。

③ U型管式換熱器 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。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力,結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單,但管程不易清洗。

渦流熱膜換熱器采用最新的渦流熱膜傳熱技術(shù),通過(guò)改變流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)增加傳熱效果,當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過(guò)渦流管表面時(shí),強(qiáng)力沖刷管子表面,從而提高換熱效率。最高可達(dá)10000W/m2.℃。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)實(shí)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(duì)流換熱系數(shù)降低。

各種分類換熱器性能對(duì)比:
對(duì)比項(xiàng)目
浮動(dòng)盤管換熱器
螺紋管換熱器
渦流熱膜換熱器
適用介質(zhì)種類
蒸汽、水
蒸汽、水
弱腐蝕性化工原料、蒸汽、水
介質(zhì)的參數(shù)范圍
溫度:0-150度
壓力:0-1.0MPa
溫度:0-150度
壓力:0-1.6MPa
溫度:-40-400度
壓力:0-10.0MPa
熱效率
熱效率=92%
熱效率=93%
熱效率=96%
防垢性能
自動(dòng)除垢
人工除垢
具有防垢功能
耐震、噪音
振動(dòng)較大,噪音大
振動(dòng)較小,噪音小
振動(dòng)微弱,噪音小
使用壽命
7年左右
10年左右
20年左右
維修
停機(jī)維修,更換管束
停機(jī)維修,拔管再脹管
無(wú)需維修
特點(diǎn)
1.高效節(jié)能,該換熱器傳熱系數(shù)為6000-8000W/m2.
2.全不銹鋼制作,使用壽命長(zhǎng),可達(dá)20年以上。
3.改層流為湍流,提高了換熱效率,降低了熱阻。
4.換熱速度快,耐高溫(400℃),耐高壓(2.5MPa)。
5.結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,重量輕,安裝方便,節(jié)約土建投資。
6.設(shè)計(jì)靈活,規(guī)格齊全,實(shí)用針對(duì)性強(qiáng),節(jié)約資金。
7.應(yīng)用條件廣泛,適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質(zhì)熱交換。
8.維護(hù)費(fèi)用低,易操作,清垢周期長(zhǎng),清洗方便。
9.采用納米熱膜技術(shù),顯著增大傳熱系數(shù)。
10.應(yīng)用領(lǐng)域廣闊,可廣泛用于熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫(yī)藥、能源電子、機(jī)械輕工等領(lǐng)域。
11.傳熱管采用外表面軋制翅片的銅管,導(dǎo)熱系數(shù)高,換熱面積大。
12.導(dǎo)流板引導(dǎo)殼程流體在換熱器內(nèi)呈折線形連續(xù)流動(dòng),導(dǎo)流板間距可根據(jù)最佳流速進(jìn)行調(diào)節(jié),結(jié)構(gòu)堅(jiān)固,能滿足大流量甚至超大流量、脈動(dòng)頻率高的殼程流體換熱。
13.當(dāng)殼程流體為油液時(shí),適用于粘度低和較清潔的油液換熱。
換熱器選用要點(diǎn)
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(jì)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(shí)應(yīng)注意壓力等級(jí),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,管殼式換熱器以選用直徑小的加長(zhǎng)型,有利于提高換熱量。
3)、換熱器的壓力降不宜過(guò)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(guò)濾器。
6)、熱交換站中熱交換器的單臺(tái)處理和配置臺(tái)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(gè)供熱系數(shù)中的換熱器臺(tái)數(shù)不宜少于2臺(tái),不宜多于5臺(tái)。
安裝要點(diǎn)
1)、熱交換器應(yīng)以設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式,結(jié)構(gòu)GB/T150、GB/T151及TSG21等相關(guān)技術(shù)規(guī)范來(lái)確定壓力試驗(yàn)值。在試驗(yàn)壓力下,保壓時(shí)間一般不少于30min,容器無(wú)滲漏、無(wú)可見(jiàn)的變形和異常聲響為合格。
2)、管殼式換熱器前端應(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(zhǎng)度,設(shè)備運(yùn)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)的最高點(diǎn)至建筑結(jié)構(gòu)最低點(diǎn)的垂直凈距應(yīng)滿足安裝檢測(cè)的要求,并不得小于0.2m。