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管殼式換熱器


1.管殼式換熱器

    管殼式換熱器(shell and tube heat exchanger)又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作为傳熱面的間壁式換熱器。这種換熱器結構較簡單,操作可靠,可用各種結構材料(主要是金屬材料)制造,能在高溫、高壓下使用,是目前應用最廣的類型。

    目前國内外在化工生産中所用換熱設備,管殼式換熱器仍占主導地位。雖然它在換熱效率、結構緊湊性和金屬材料消耗等方面,不如其它新型換熱設備,但它具有結構堅固、操作彈性大、适應性強、可靠程度高、選材範圍廣、處理能力大、能承受高溫和高壓等特點,所以在工程中仍得到廣泛應用。

2.管殼式換熱器結構
    由殼體、傳熱管束、管闆、折流闆(擋闆)和管箱等部件組成。殼體多为圓筒形,内部裝有管束,管束兩端固定在管闆上。進行換熱的冷熱兩種流體,一種在管内流动,稱为管程流體;另一種在管外流动,稱为殼程流體。为提高管外流體的傳熱分系數,通常在殼體内安裝若幹擋闆。擋闆可提高殼程流體速度,迫使流體按規定路程多次橫向通過管束,增強流體湍流程度。換熱管在管闆上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊,管外流體湍动程度高,傳熱分系數大;正方形排列則管外清洗方便,适用于易結垢的流體。 

    流體每通過管束一次稱为一個管程;每通過殼體一次稱为一個殼程。圖示为最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱为1-1型換熱器。为提高管内流體速度,可在兩端管箱内設置隔闆,将全部管子均分成若幹組。这樣流體每次隻通過部分管子,因而在管束中往返多次,这稱为多管程。同樣,为提高管外流速,也可在殼體内安裝縱向擋闆,迫使流體多次通過殼體空間,稱为多殼程。多管程與多殼程可配合應用。

3.管殼式換熱器類型
由于管内外流體的溫度不同,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,換熱器内将産生很大熱應力,導致管子彎曲、斷裂,或從管闆上拉脫。因此,當管束與殼體溫度差超過50℃時,需采取适當補償措施,以消除或減少熱應力。根據所采用的補償措施,管殼式換熱器可分为以下幾種主要類型: 

① 管束兩端的管闆與殼體聯成一體,結構簡單,但隻适用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當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,以減小熱應力。

    ② 管束一端的管闆可自由浮动,完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣,但結構比較複雜,造价較高。
③ U型管換熱器 每根換熱管皆彎成U形,兩端分别固定在同一管闆上下兩區,借助于管箱内的隔闆分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力,結構比浮頭式簡單,但管程不易清洗。

非金屬材料換熱器 化工生産中強腐蝕性流體的換熱,需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。这類換熱器的換熱性能較差,隻用于壓力低、振动小、溫度較低的場合。

管殼式換熱器流道的選擇 進行換熱的冷熱兩流體,按以下原則選擇流道:①不潔淨和易結垢流體宜走管程,因管内清洗較方便;②腐蝕性流體宜走管程,以免管束與殼體同時受腐蝕;③壓力高的流體宜走管程,以免殼體承受壓力;④飽和蒸汽宜走殼程,因蒸汽冷凝傳熱分系數與流速無關,且冷凝液容易排出;⑤若兩流體溫度差較大,選用固定管配资之家時,宜使傳熱分系數大的流體走殼程,以減小熱應力。

操作強化 當管壁兩側傳熱分系數相差很大時(如粘度小的液體與氣體間的換熱),應設法減小傳熱分系數低的一側的熱阻。如果管外傳熱分系數小,可采用外螺紋管(低翅片管),以增大管外一側的傳熱面積和流體湍动,減小熱阻。如果管内傳熱分系數小,可在管内設置麻花鐵,螺旋圈等添加物,以增強管内擾动,強化換熱,當然这時流體的流动阻力也将增大。

4.管殼式換熱器主要控制參數

管殼式換熱器的主要控制參數为加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數等。
2、選用要點
1)、根據已知冷、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,确定換熱器構造,再校核傳熱系數K值。
2)、選用換熱器時應注意壓力等級,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,管殼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)、流速大小應考慮流體黏度,黏度大的流速應小于0.5~1.0m/s;一般流體管内的流速宜取0.4~1.0m/s;易結垢的流體宜取0.8~1.2m/s。
5)、高溫水進入換熱器前宜設過濾器。
6)、熱交換站中熱交換器的單台處理和配置台數組合結果應滿足熱交換站的總供熱負荷及調節的要求。在滿足用戶熱負荷調節要求的前提下,同一個供熱系數中的換熱器台數不宜少于2台,不宜多于5台。

5.管殼式換熱器施工、安裝要點

1)、熱交換器應以最大工作壓力的1.5倍做水壓試验,蒸汽部分應不低于蒸汽供汽壓力加0.3MPa;熱水部分應不低于0.4MPa。在試验壓力下,保持10min壓力不降。
2)、管殼式換熱器前端應留有抽卸管束的空間,即其封頭于牆壁或屋頂的距離不得小于換熱器的長度,設備運行操作通道淨寬不宜小于0.8m。
3)、各類閥門和儀表的安裝高度應便于操作和觀察。
4)、加熱器上部附件(一般指安全閥)的最高點至建築結構最低點的垂直淨距應滿足安裝檢測的要求,并不得小于0.2m。

6.管殼式換熱器執行标準
  1)、産品标準
《管殼式換熱器》GB151-1999
《導流型容積式水加熱器和半容積式水加熱器(U型管束)》CJ/T 163-2002
2)、工程标準
《建築給水排水及采暖工程施工質量验收規範》GB50242-2002
3)、管殼式換熱器相關标準圖
05R103 熱交換站工程設計施工圖集
01S122-1~10水加熱器選用及安裝

7.管殼式換熱器生産廠家介紹
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