常見一般換熱器結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍.docx

一般常見換熱器結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍浮頭換熱器結(jié)構(gòu)：兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對(duì)殼體自由移動(dòng)，稱為浮頭。浮頭由浮頭管板，鉤圈和浮頭蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體中抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。優(yōu)點(diǎn)：可抽式管束，當(dāng)換熱管為正方形或轉(zhuǎn)角正方形排列時(shí)，管束可抽出進(jìn)行機(jī)械清洗，適用于易結(jié)垢及堵塞的工況。一端可自由浮動(dòng)，無(wú)需考慮溫差應(yīng)力，可用于大溫差場(chǎng)合。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，設(shè)備笨重，材料消耗大。浮頭端結(jié)構(gòu)復(fù)雜影響排管數(shù)。浮頭密封面在操作時(shí)，易產(chǎn)生內(nèi)漏。適用范圍：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(chǎng)合。浮頭換熱器在煉油行業(yè)或乙烯行業(yè)中應(yīng)用較多，由于內(nèi)浮頭結(jié)構(gòu)限制了使用壓力和溫度一般情況Pmax6.4MPa,Tmax400。固定管板換熱器結(jié)構(gòu)：管束連接在管板上，管板與殼體相焊。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊促，能承受較高壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)方便堵管或更換。排管數(shù)比U 形管換熱器多。缺點(diǎn)：管束與殼體的壁溫或材料的線脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，為此應(yīng)需要設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)）。不能抽芯無(wú)法進(jìn)行機(jī)械清洗。不能更換管束，維修成本較高。適用范圍：殼程側(cè)介質(zhì)清潔不易結(jié)垢，不能進(jìn)行清洗，管程與殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合。管殼式換熱器的管子是換熱器的基本構(gòu)件，它為在管內(nèi)流過(guò)一種流體和穿越管外的另一種流體之間提供傳熱面。根據(jù)兩側(cè)流體的性質(zhì)決定管子材料，將具有腐蝕性，水質(zhì)差的海水放在管內(nèi)流動(dòng)，水質(zhì)較好的除鹽水放在管子外殼側(cè)，這樣管子只需采用耐海水腐蝕的鈦管，同時(shí)清洗污垢較為方便，管徑從傳熱流體力學(xué)角度考慮，在給定殼體內(nèi)使用小直徑管子，可以得到更大的表面密度 但大多數(shù)流體會(huì)在管子表面上沉積污垢層，尤其管內(nèi)冷卻水水質(zhì)較差，泥沙和污物及海生物的存在，都可能會(huì)在管壁上形成沉積物，將傳熱惡化并使定期的清洗工作成為必要，管子清洗限制管徑最小約為20 mm，鈦管一般采25 mm，對(duì)給定的流體，污垢形成主要受管壁溫度和流速的影響，為得到合理的維修周期，管內(nèi)側(cè)水的流速應(yīng)在2 ms左右（視允許壓降的要求）。由于一般冷卻水選用海水、河水等，較易引起結(jié)垢，對(duì)管殼式換熱器，應(yīng)根據(jù)水質(zhì)含沙量情況需設(shè)置膠球清洗裝置進(jìn)行定期清洗。 管殼式換熱器的結(jié)垢 換熱器操作一段時(shí)間后,如果管壁結(jié)垢嚴(yán)重,則 傳熱能力下降,換熱介質(zhì)出口溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)工藝 參數(shù)要求;污垢將管內(nèi)徑變小;流速相應(yīng)增大;壓力 損失增加。這時(shí),可通過(guò)檢查流量、壓力和溫度等操 作記錄來(lái)判定結(jié)垢情況。管殼式換熱器的腐蝕和磨損 換熱介質(zhì)、污垢等作用都會(huì)使換熱器殼體和管 子內(nèi)、外表面產(chǎn)生腐蝕磨損。對(duì)殼體通常使用測(cè)厚 儀,從外部測(cè)定和估計(jì)會(huì)產(chǎn)生腐蝕、減薄的殼體部 位。填料函式換熱器結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)與浮頭式相似。浮頭部分在殼體外，在浮頭與殼體的滑動(dòng)接觸面處采用填料函密封結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：由于采用填料函密封結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體內(nèi)可以自由伸縮，避免了熱應(yīng)力。加工制造方便，節(jié)省材料，造價(jià)低，由于可抽芯，維修方便。缺點(diǎn)：填料處易產(chǎn)生泄露。適用范圍：一般適用于2.5MPa 以下的工作條件且不能用于易揮發(fā)，易燃易爆，有毒及貴重介質(zhì)的工況。使用溫度受限于填料的物性。目前使用較少。U 形管換熱器結(jié)構(gòu)：只有一塊管板，管束由多跟 U 形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，換熱管可以自由伸縮。優(yōu)點(diǎn)：以 U 形管尾部的自由浮動(dòng)解決了溫差應(yīng)力的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：由于受管彎曲半徑的限制，布管較少。殼程流體易形成短路。壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報(bào)廢率較高。適用范圍：是換熱器中唯一可用于高溫，高壓，高溫差的換熱器。適用于管殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板的場(chǎng)合。管殼式換熱器、管殼式換熱機(jī)組 管殼式換熱器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，能選用多種材料制造，適應(yīng)性極強(qiáng)，尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應(yīng)用。 管殼式換熱器主要由三個(gè)組合部分構(gòu)成：前端管箱，包括分隔板、接管、連接法蘭等。 分類：按管板和殼體及其配合部分的形式可分為固定管板式、浮頭式、U型管式、填料函式。 材質(zhì)：根據(jù)介質(zhì)的不同，可選用碳素鋼、不銹鋼、銅管及其它特殊材質(zhì)。 技術(shù)性能：最高使用溫度：350 最高工作壓力：35Mpa 管殼式換熱器應(yīng)用范圍：化工、石油、電力、輕工、冶金、原子能、造船、航空、供熱等工業(yè)部門中。特別是在石油煉制和化學(xué)加工裝置中，占有極其重要的地位。套管式換熱器主要用于熱泵、空調(diào)等方面。近年來(lái)套管式換熱器在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，部分得益于熱泵行業(yè)的突飛猛進(jìn)。2008年冰凍災(zāi)害讓板式換熱器易冰堵的缺點(diǎn)暴露無(wú)遺，這也間接促進(jìn)了套管式換熱器市場(chǎng)的大發(fā)展。“套管式換熱器在熱泵方面應(yīng)用的越來(lái)越多，我們公司每年的市場(chǎng)都是成100%增長(zhǎng)?！焙贾萆蚴系姆綇┱f(shuō)道。套管式換熱器是水冷換熱器中的一種，適合做小的散熱器，做大的散熱器時(shí)可以并聯(lián)，最大可以達(dá)到40p。”專家表示。盡管相對(duì)于板式換熱器而言，套管式換熱器的散熱效率只能達(dá)到75%左右，但是對(duì)于板式換熱器容易冰堵和臟堵，套管式換熱器不存在這方面的顧慮，使用時(shí)也會(huì)更加方便。隨著套管式換熱器技術(shù)的日漸成熟和熱泵市場(chǎng)的持續(xù)擴(kuò)大，套管式換熱器的潛力也將充分挖掘，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)套管式的企業(yè)只有二十多家，行業(yè)內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)的大型企業(yè)才兩三家。但是在熱泵行業(yè)的拉動(dòng)作用之下，這一市場(chǎng)也將有一個(gè)大的發(fā)展。管殼式換熱器是基本部件殼體外頭蓋換熱管管箱管箱蓋板管板折流板接管其他零部件還有；拉桿和定距管、分隔板、防沖板、縱向隔板、密封條和支座等。固定管板換熱器，其管子兩端與管板牢固連接，管板焊在殼體上。這種結(jié)構(gòu)有可拆卸的管箱蓋板、封頭式管箱以及整體管板等幾種形式。固定管板換熱器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故具有造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，只要不在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，它就是造價(jià)最低的一種結(jié)構(gòu)形式。還有一些其他優(yōu)點(diǎn)，如把管箱蓋板拆卸后即可對(duì)管內(nèi)進(jìn)行機(jī)械清洗，且由于沒有法蘭連接，殼程流體的泄露量最小。固定管板換熱器的缺點(diǎn)是，因管束固定在殼體上而不能拆卸，故管外側(cè)無(wú)法進(jìn)行機(jī)械清洗。因此，其使用受到了要求管外介質(zhì)干凈的限制。但若有令人滿意的化學(xué)清洗方法可用，那么，該換熱器也可用到殼程有污垢的場(chǎng)合。換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。3.6.1換熱器的分類按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。主要內(nèi)容：（1）各種換熱器的性能和特點(diǎn)，以便根據(jù)工業(yè)要求選用適當(dāng)?shù)念愋?。?）換熱器基本尺寸的確定、傳熱面積計(jì)算以及流體阻力的核算等，以便于在以有系列化標(biāo)準(zhǔn)的換熱器中，選定合適的規(guī)格。間壁式換熱器應(yīng)用最多，下面重點(diǎn)討論此類換熱器的類型、計(jì)算等。3.6.2間壁式換熱器的類型一、夾套換熱器結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。缺點(diǎn)：傳熱面積A小，傳熱效率低。用途：廣泛用于反應(yīng)器的加熱和冷卻。為了提高傳熱效果，可在釜內(nèi)加攪拌器或蛇管和外循環(huán)。二、沉浸式蛇管換熱器結(jié)構(gòu)：蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適應(yīng)容器所需要的形狀，沉浸在容器內(nèi)，冷熱流體在管內(nèi)外進(jìn)行換熱。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于防腐，能承受高壓。缺點(diǎn)：傳熱面積不大，蛇管外對(duì)流傳熱系數(shù)小，為了強(qiáng)化傳熱，容器內(nèi)加攪拌。三、噴淋式換熱器結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來(lái)，沿管表面流下來(lái)，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進(jìn)行換熱。在下流過(guò)程中，冷卻水可收集再進(jìn)行重新分配。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好。缺點(diǎn)：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。用途：用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。四、套管式換熱器結(jié)構(gòu)：由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱要求，將幾段套管用U形管連接，目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或并流。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，能耐高壓，傳熱系數(shù)較大，能保持完全逆流使平均對(duì)數(shù)溫差最大，可增減管段數(shù)量應(yīng)用方便。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬消耗量大，接頭多而易漏，占地較大。用途：廣泛用于超高壓生產(chǎn)過(guò)程，可用于流量不大，所需傳熱面積不多的場(chǎng)合。五、列管式換熱器（管殼式換熱器）列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用。主要由殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。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(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)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。殼體內(nèi)裝有管束，管束兩端固定在管板上。由于冷熱流體溫度不同，殼體和管束受熱不同，其膨脹程度也不同，如兩者溫差較大，管子會(huì)扭彎，從管板上脫落，甚至毀壞換熱器。所以，列管式換熱器必須從結(jié)構(gòu)上考慮熱膨脹的影響，采取各種補(bǔ)償?shù)霓k法，消除或減小熱應(yīng)力。根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為以下幾個(gè)型式。（1）固定管板式殼體與傳熱管壁溫度之差大于50C，加補(bǔ)償圈，也稱膨脹節(jié)，當(dāng)殼體和管束之間有溫差時(shí)，依靠補(bǔ)償圈的彈性變形來(lái)適應(yīng)它們之間的不同的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)