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常睹普通换热器布局、优漏洞及实用范畴

日期:2019-11-09 15:08 来源: 换热器

  常见一般换热器结构、优缺点及适用范围_材料科学_工程科技_专业资料。一般常见换热器结构、优缺点及适用范围 浮头换热器 结构: 两端管板中只有一端与壳体固定, 另一端可相对壳体自由移动, 称为浮头。 浮头由浮头管板,钩圈和浮头盖组成,是可拆连接,管束可从壳体中抽出。

  一般常见换热器结构、优缺点及适用范围 浮头换热器 结构: 两端管板中只有一端与壳体固定, 另一端可相对壳体自由移动, 称为浮头。 浮头由浮头管板,钩圈和浮头盖组成,是可拆连接,管束可从壳体中抽出。 管束与壳体的热变形互不约束,不会产生热应力。 优点:可抽式管束,当换热管为正方形或转角正方形排列时,管束可抽出进行机 械清洗,适用于易结垢及堵塞的工况。一端可自由浮动,无需考虑温差应力,可 用于大温差场合。 缺点: 结构复杂, 造价高, 设备笨重, 材料消耗大。 浮头端结构复杂影响排管数。 浮头密封面在操作时,易产生内漏。 适用范围:适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。 浮头换热器在炼油行业或乙烯行业中应用较多, 由于内浮头结构限制了使用压力 和温度一般情况 Pmax≤6.4MPa,Tmax≤400℃。 固定管板换热器 结构:管束连接在管板上,管板与壳体相焊。 优点:结构简单紧促,能承受较高压力,造价低,管程清洗方便,管子损坏时方 便堵管或更换。排管数比 U 形管换热器多。 缺点: 管束与壳体的壁温或材料的线胀系数相差较大时,壳体和管束中将产生较 大热应力, 为此应需要设置柔性元件 (如膨胀节) 。 不能抽芯无法进行机械清洗。 不能更换管束,维修成本较高。 适用范围:壳程侧介质清洁不易结垢,不能进行清洗,管程与壳程两侧温差不大 或温差较大但壳侧压力不高的场合。 管壳式换热器的管子是换热器的基本构件,它为在管内流过一种流体和穿越管 外的另一种流体之间提供传热面。根据两侧流体的性质决定管子材料,将具有腐 蚀性,水质差的海水放在管内流动,水质较好的除盐水放在管子外壳侧,这样管 子只需采用耐海水腐蚀的钛管, 同时清洗污垢较为方便,管径从传热流体力学角 度考虑,在给定壳体内使用小直径管子,可以得到更大的表面密度 但大多数流体会在管子表面上沉积污垢层,尤其管内冷却水水质较差,泥 沙和污物及海生物的存在, 都可能会在管壁上形成沉积物,将传热恶化并使定期 的清洗工作成为必要, 管子清洗限制管径最小约为 20 mm, 钛管一般采 Φ25 mm, 对给定的流体, 污垢形成主要受管壁温度和流速的影响, 为得到合理的维修周期, 管内侧水的流速应在 2 m/s 左右(视允许压降的要求)。由于一般冷却水选用 海水、河水等,较易引起结垢,对管壳式换热器,应根据水质含沙量情况需设置 胶球清洗装置进行定期清洗。 管壳式换热器的结垢 换热器操作一段时间后,如果管壁结垢严重,则 传热能力下降,换热介质出口 温度达不到设计工艺 参数要求;污垢将管内径变小;流速相应增大;压力 损失增 加。这时,可通过检查流量、压力和温度等操 作记录来判定结垢情况。 管壳式换热器的腐蚀和磨损 换热介质、 污垢等作用都会使换热器壳体和管 子内、 外表面产生腐蚀磨损。 对壳体通常使用测厚 仪,从外部测定和估计会产生腐蚀、减薄的壳体部 位。 填料函式换热器 结构:特点与浮头式相似。浮头部分在壳体外,在浮头与壳体的滑动接触面处采 用填料函密封结构。 优点:由于采用填料函密封结构,使得管束在壳体内可以自由伸缩,避免了热应 力。加工制造方便,节省材料,造价低,由于可抽芯,维修方便。 缺点:填料处易产生泄露。 适用范围: 一般适用于 2.5MPa 以下的工作条件且不能用于易挥发, 易燃易爆, 有毒及贵重介质的工况。使用温度受限于填料的物性。目前使用较少。 U 形管换热器 结构: 只有一块管板, 管束由多跟 U 形管组成, 管的两端固定在同一块管板上, 换热管可以自由伸缩。 优点: 以 U 形管尾部的自由浮动解决了温差应力的问题。 结构简单, 价格便宜, 承压能力强。 缺点:由于受管弯曲半径的限制,布管较少。壳程流体易形成短路。坏一根 U 形管相当于坏两根管,报废率较高。 适用范围:是换热器中唯一可用于高温,高压,高温差的换热器。适用于管壳壁 温差较大或壳程介质结垢需要清洗,又不适宜采用浮头式和固定管板的场合。 管壳式换热器、管壳式换热机组 管壳式换热器特点:结构坚固,能选用多种材料制造,适应性极强,尤其在 高温、高压和大型装置中得到普遍应用。 管壳式换热器主要由三个组合部分构成:前端管箱,包括分隔板、接管、连 接法兰等。 分类:按管板和壳体及其配合部分的形式可分为固定管板式、浮头式、U 型 管式、填料函式。 材质:根据介质的不同,可选用碳素钢、不锈钢、铜管及其它特殊材质。 技术性能:最高使用温度:350℃ 最高工作压力:35Mpa 管壳式换热器应用范围:化工、石油、电力、轻工、冶金、原子能、造船、 航空、供热等工业部门中。特别是在石油炼制和化学加工装置中,占有极其重要 的地位。 套管式换热器主要用于热泵、 空调等方面。 近年来套管式换热器在国内发展迅速, 部分得益于热泵行业的突飞猛进。2008 年冰冻灾害让板式换热器易冰堵的缺点 暴露无遗,这也间接促进了套管式换热器市场的大发展。“套管式换热器在热泵 方面应用的越来越多,我们公司每年的市场都是成 100%增长。”杭州沈氏的方 彦说道。 套管式换热器是水冷换热器中的一种,适合做小的散热器,做大的散热器时可以 并联,最大可以达到 40p。”专家表示。尽管相对于板式换热器而言,套管式换 热器的散热效率只能达到 75%左右,但是对于板式换热器容易冰堵和脏堵,套 管式换热器不存在这方面的顾虑,使用时也会更加方便。 随着套管式换热器技术的日渐成熟和热泵市场的持续扩大, 套管式换热器的潜力 也将充分挖掘, 国内生产套管式的企业只有二十多家,行业内专业生产的大型企 业才两三家。但是在热泵行业的拉动作用之下,这一市场也将有一个大的发展。 管壳式换热器是基本部件 · 壳体 · 外头盖 · 换热管 · 管箱 · 管箱盖板 · 管板 · 折流板 · 接管 其他零部件还有; 拉杆和定距管、 分隔板、 防冲板、 纵向隔板、 密封条和支座等。 固定管板换热器,其管子两端与管板牢固连接,管板焊在壳体上。这种结构有可 拆卸的管箱盖板、封头式管箱以及整体管板等几种形式。 固定管板换热器因其结构简单,故具有造价低的优点。实际上,只要不在壳体上 设置膨胀节,它就是造价最低的一种结构形式。还有一些其他优点,如把管箱盖 板拆卸后即可对管内进行机械清洗,且由于没有法兰连接,壳程流体的泄露量最 小。 固定管板换热器的缺点是, 因管束固定在壳体上而不能拆卸,故管外侧无法进行 机械清洗。因此,其使用受到了要求管外介质干净的限制。但若有令人满意的化 学清洗方法可用,那么,该换热器也可用到壳程有污垢的场合。 换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位。 由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同,故换热器的类型也是多种多样。 3.6.1 换热器的分类 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。 根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类:混合式、蓄热式、间壁式。 主要内容: (1)各种换热器的性能和特点,以便根据工业要求选用适当的类型。 (2)换热器基本尺寸的确定、传热面积计算以及流体阻力的核算等, 以便于在以有系列化标准的换热器中,选定合适的规格。 间壁式换热器应用最多,下面重点讨论此类换热器的类型、计算等。 3.6.2 间壁式换热器的类型 一、夹套换热器 结构:夹套装在容器外部,在夹套和容器壁之间形成密闭空间,成为一种流体的通道。 优点:结构简单,加工方便。 缺点:传热面积 A 小,传热效率低。 用途:广泛用于反应器的加热和冷却。 为了提高传热效果,可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。 二、沉浸式蛇管换热器 结构:蛇管一般由金属管子弯绕而制成,适应容器所需要的形状,沉 浸在容器内,冷热流体在管内外进行换热。 优点:结构简单,便于防腐,能承受高压。 缺点:传热面积不大,蛇管外对流传热系数小, 为了强化传热,容器内加搅拌。 三、喷淋式换热器 结构:冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来,沿管表面流下来, 被冷却的流体从最上面的管子流入,从最下面的管子流出,与外面的冷却水进 行换热。在下流过程中,冷却水可收集再进行重新分配。 优点:结构简单、造价便宜,能耐高压,便于检修、清洗,传热效果好。 缺点:冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果,只能安装在室外。 用途:用于冷却或冷凝管内液体。 四、套管式换热器 结构:由不同直径组成的同心套管,可根据换热要求,将几段套管用 U 形管连 接,目的增加传热面积;冷热流体可以逆流或并流。 优点:结构简单,加工方便,能耐高压,传热系数较大,能保持完全逆流使 平均对数温差最大,可增减管段数量应用方便。 缺点:结构不紧凑,金属消耗量大,接头多而易漏,占地较大。 用途:广泛用于超高压生产过程,可用于流量不大,所需传热面积不多的场合。 五、列管式换热器(管壳式换热器) 列管式换热器又称为管壳式换热器,是最典型的间壁式换热器,历史悠久,占据主导作 用。主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动,其行程称为管程;另一种流体 优点:单位体积设备所能提供的传热面积大,传热效果好,结构坚固,可选用的结构 材料范围宽广,操作弹性大,大型装置中普遍采用。为提高壳程流体流速,往往在 壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路 、增加流体流速,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。 常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种,前者更为常用。 壳体内装有管束,管束两端固定在管板上。由于冷热流体温度不同,壳体和 管束受热不同,其膨胀程度也不同,如两者温差较大,管子会扭弯,从 管板上脱落,甚至毁坏换热器。所以,列管式换热器 必须从结构上考虑热膨胀的影响,采取各种补偿的办法,消除或减小热应力。 根据所采取的温差补偿措施,列管式换热器可分为以下几个型式。 (1)固定管板式 壳体与传热管壁温度之差大于 50?C,加补偿圈,也称膨胀节,当壳体和管束之间有温差 时,依靠补偿圈的弹性变形来适应它们之间的不同的热膨胀。 特点:结构简单,成本低,壳程检修和清洗困难,壳程必须是清洁、不易产 生垢层和腐蚀的介质。 (2)浮头式 两端的管板,一端不与壳体相连,可自由沿管长方向浮动。当壳体与管束 因温度不同而引起热膨胀时,管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩,可完全消除热应力。 特点:结构较为复杂,成本高,消除了温差应力,是应用较多的一种结构形式。 (3)U 型管式 把每根管子都弯成 U 形,两端固定在同一管板上,每根管子可自由伸缩,来解决热补偿问题。 特点:结构较简单,管程不易清洗,常为洁净流体,适用于高压气体的换热。 设备:焦琪 2014/7/4

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