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壳管式换热器

日期:2019-11-29 12:53 来源: 管式换热器

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  壳管式(或管壳式)换热器是应用最广泛的传统的换热器。其最基本的构造是在圆形的壳体内加许多热交换用的小管,当加热的热媒为蒸汽时称为壳管汽一水换热器;加热的热媒为高温水时称为壳管水一水换热器,水一水换热器由于热交换小管内外都是水,因为小管两侧水流速接近,圆形外壳直径不能太大,当加热面积要求较大时,常几段连起来,故又称分段式水一水换热器。它们的具体构造见后。该类换热器常用于热水供暖系统,低温水空调系统及某些连续性用热水的生产工艺用水。作为生活热水供应,则需配备贮水罐。

  高温端的温差不应小于20℃,低温端的温差不应小于5℃。当在两工艺流体之间进行换热,低温端的温差不应小于20℃。

  当在采用多管程、单壳程的管壳式换热器,并用水作为冷却剂时,冷却剂的出口温度不应高于工艺物流的出口温度。

  在冷却或者冷凝工艺物流时,冷却剂的人口温度应高于工艺流体中易结冻组分的冰点,一般高于5℃。

  增加工艺物流流体的流速,可增加对流换热系数,从而提高总传热系数,使换热器的结构紧凑,但增加流速将增加换热器的压力降,从而使得换热器的磨蚀和振动破坏加剧等。同时,压力降增加使得换热器在运行过程的动力消耗增大,因此,最大允许的压力降范围一般限制如表所示。

  (1)温度。高温流体一般走管程,因为高温会降低材料的许用应力,所以高温流体走管程可节省保温层并减少壳体厚度,有时为了便于高温流体的散热,也可使高温流体走壳程,但为了保证操作人员的安全,需设置保温层。

  (6)清洁性。较脏和易结垢的流体应走管程,以便于清洗和控制结垢。如必须走壳程,则应采取正方形排列,并采用可拆式(浮头式、填料函式、U型管式)换热器。

  换热管可采用光管、螺纹管、螺旋槽管等。在换热管选择中,应考虑下列几个因素。

  (1)管径。管径愈小的换热器愈紧凑、愈便宜,且可以获得较好的对流换热系数与阻力系数的比值。但是,管径愈小的换热器的压降将愈大,在满足允许压力降的情况下,一般推荐选用

  25管子。对于有气一液两相流的工艺流体,一般选用较大的管径。例如再沸器、锅炉,换热管多采用

  (2)管长。无相变换热时,管子较长则传热系数也增加。在相同的传热面积情况下,采用长管则流动截面积小,流速大,管程数少,从而可减少流体在换热器中的回弯次数,因而压力降也较小;而且采用长管时,每平方米传热面的比价也低。但是,管子过长会给制造带来困难。因此,一般选用管长为4~6m。对于传热面积大或无相变的换热器可选用8~9m的管长。

  (3)管子的排列和管心距。管子在管板上的排列形式主要有正方形排列和三角形排列

  两种形式。三角形排列有利于壳程流体达到湍流且排管数也多。正方形排列有利于壳程的清洗。为了弥补各自的缺点,就产生了转过一定角度的正方形排列(即转置正方形排列)和留有清洗通道的三角形排列。管间距是两相邻管子中心的距离。管间距愈小则设备愈紧凑,但将引起管板增厚、清洁不便、壳程压降增大。为此,一般选用范围为(1.25~1.5)

  管程数有1~8程几种,常用的为1、2或4管程。管程数增加,管内流速增大,对流换热系数也增加。但管内流速要受到管程压力降等的限制,在工业生产中常用的流速为:水和相类似的流体流速一般取1~2.5m/s。对大型冷凝器的冷却水流速可增加到3m/s。气体和蒸汽的流速可在8~30m/s的范围内选取。

  (2)放入纵向隔板的双壳程换热器,可以提高壳程流速,改善热的效应,比两个换热器串联要便宜。

  (3)分流式换热器,它适用于大流量且压降要求低的情况,当中的隔板在作为冷凝器时可采用有孔板。

  (4)双分流式换热器,它适用于低压降且当一种流体比另一种流体温度变化很小的情况,以及适用于温差很大或者管程对流换热系数很大的情况。

  除非考虑压降、管子振动或管子支撑和强化传热问题,要求采用弓形折流板、盘环形折流板、折流杆或是弓形缺口处无管子的结构外,一般都采用圆缺形折流板(又称弓形折流板)。

  折流板可以改变壳程流体的方向,使其垂直于管束流动,并提高流速,从而增加流体流动的湍流程度,获得较好的传热效果。

  折流板的形式可分为圆缺形(弓形)折流板、盘环形折流板、孔式折流板和折流圈(又称折流杆)。

  横缺形折流板适用于无相变的对流传热,防止壳程流体平行于管束流动,减少壳程底部液体的沉积。当壳程用于冷凝操作时,横缺形折流板的底部应开排液孔,孔的大小决定于液量的多少。但住往由于排液孑L的不适当而产生液泛和气相旁流,因此在壳程进行冷凝操作时,一般采用竖缺形折流板。阻液式折流板由于下部有一个液封区,因此可以用于带有冷却的冷凝操作。

  圆缺形折流板的缺口高度可为直径的10%~40%,现在通用的高度为直径的25%。实际上在相同的压力降下,圆缺高度为直径的20%的折流板将获得最好的传热效率。换热器流量很大时,为了得到较好的错流并避免流体诱发振动,常常取掉缺口处的管子,称为弓形区不布管。

  盘环形折流板:盘环形折流板允许通过的流量大,压降小,但传热效率不如圆缺形折流板,因此这种折流板多用于要求压降小的情况。

  孔式折流板:孔式折流板使流体穿过折流板孔和管子之间的缝隙流动,以增加传热效率。这种折流板的压力降大,仅适用于较清洁的流体。

  折流圈(又称折流杆):折流圈是一种杆式折流结构。它使流体纵向穿过折流杆与换热管之问的缝隙。这种换热器要求流量大,压力降小且传热效果好,无相变和有相变的场合均适用。

  折流板的间距影响到壳程流体的流向和流速,从而影响到传热效率。最小的折流板间

  距为壳体直径的1/3~1/2,且不应小于5mm。由于折流板有支撑管子的作用,因此钢管无支撑板的最大折流板问距为

  为管外径,单位为mm)。如果必须增大折流板间距,则应另设支撑板。若管材是铜铝或者它们的合金材料时,无支撑的最大间距应为

  李岱森主编,简明供热设计手册,中国建筑工业出版社,1998年12月第1版,第351页

  黄素逸,黄树红编著,太阳能热发电原理及技术,中国电力出版社,2012.08,266-270

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