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管壳式换热器

管壳式换热器
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编辑时间 : 2021-01-13


管壳式换热器由于管内外流体的温度不同,因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大,换热器内将产生很大热应力,导致管子弯曲、断裂,或从管板上拉脱。因此,当管束与壳体温度差超过50℃时,需采取适当补偿措施,以消除或减少热应力。管式(又称管壳式、列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 管式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。




管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形,内部装有管束,管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体,一种在管内流动,称为管程流体;另一种在管外流动,称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数,通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度,迫使流体按规定路程多次横向通过管束,增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑,管外流体湍动程度高,传热分系数大;正方形排列则管外清洗方便,适用于易结垢的流体。




管壳式换热器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒参数等。

流体每通过管束一次称为一个管程;每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板,将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子,因而在管束中往返多次,这称为多管程。同样,为提高管外流速,也可在壳体内安装纵向挡板,迫使流体多次通过壳体空间,称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。




管壳式换热器的防腐保护

针对冷却塔防腐问题,传统方法以补焊为主,但补焊易使管板内部产生内应力,难以消除,可能造成冷却塔管板焊缝再次渗漏。现西方国家多采用高分子复合材料的方法进行保护。其具有优异的粘着性能及抗温、抗化学腐蚀性能,在封闭的环境里可以安全使用而不会收缩,特别是良好的隔离双金属腐蚀和耐冲刷性能,从根本上杜绝了修复部位的腐蚀渗漏,为冷却塔提供一个长久的保护涂层。




管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器,是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢;但传热系数低、占地面积大。可用各种结构材料(主要是金属材料)制造,能在高温、高压下使用,是目前应用最广的类型。 [

管壳式换热器有固定管板式汽-水换热器、带膨胀节管壳式汽-水换热器、浮头式汽-水换热器、U形管壳式汽-水换热器、波节型管壳式汽-水换热器、分段式水-水换热器等几种类型。管壳式换热器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒参数等。




在管式换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,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。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。




管式换热器因其特殊的管状构造难以彻底清洗,大多数企业及个人对换热设备结垢的影响及清除工艺还停留在机械、高压水、化学酸洗等传统的“破坏性”工艺和观念方面;而且简单地认为设备清洗只有在严重影响生产的情况下才会考虑,其不知水垢的生成在不断影响着企业的能耗,吞噬着企业的利润。而且,单一为了降低清洗的费用,选择了对设备有损害和腐蚀的清洗方法,造成设备的报废和生产的停滞,付出了比清洗剂高几百倍甚至上千倍的代价。比如某水泥集团,采用草酸清洗换热设备,每次清洗时间都不敢超过2个小时,因清洗的不够彻底,所以清洗时间由以前的一年一次变为现在的一年三次,增加了两次的停机停产时间,间接地给企业造成了损失。




固定管板式换热器是将两端管板直接与壳体焊接在一起。主要由外壳、管板、管束、封头等主要部件组成。壳体中设置有管束,管束两端采用焊接、胀接或胀焊并有的方法将管子固定在管板上,管板外周围和封头法兰用螺栓紧固。固定管板式换热器的结构简单、造价低廉、制造容易、管程清洗检修方便,但壳程清洗困难,管束制造后有温差应力存在。当换热管与壳体有较大温差时,壳体上还应设有膨胀节 。




浮头式换热器一端管板固定在壳体与管箱之间,另一端管板可以在壳体内自由移动,也就是壳体和管束热膨胀可自由。故管束和壳体之间没有温差应力。一般浮头可拆卸,管束可以自由地抽出和装入。浮头式换热器的这种结构可以用在管束和壳体有较大温差的工况。管束和壳体的清洗和检修较为方便,但它的结构相对比较复杂,对密封的要求也比较高。




U形管式换热器是将换热管炜成U形,两端固定在同一管板上。由于壳体和换热管分开,换热管束可以自由伸缩,不会由于介质的温差而产生温差应力。U形管换热器只有一块管板,没有浮头,结构比较简单。管束可以自由的抽出和装入,方便清洗,具有浮头式换热器的优点,但由于换热管做成半径不等的U形弯,最外层换热管损坏后可以更换外,其它管子损坏只能堵管。同时,它与固定管板式换热器相比,由于换热管受弯曲半径的限制它的管束中心部分存在空隙,流体很容易走短路,影响了传热效果。




管壳式换热器的特点

1.高效节能,该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C。

2.全不锈钢制作,使用寿命长,可达20年以上。

3.改层流为湍流,提高了换热效率,降低了热阻。

4.换热速度快,耐高温(400℃),耐高压(2.5Mpa)。

5.结构紧凑,占地面积小,重量轻,安装方便,节约土建投资。

6.设计灵活,规格齐全,实用针对性强,节约资金。

7.应用条件广泛,适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。

8.维护费用低,易操作,清垢周期长,清洗方便。

9.采用纳米热膜技术,显著增大传热系数。

10.应用领域广阔,可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。

11.传热管采用外表面轧制翅片的铜管,导热系数高,换热面积大。

12.导流板引导壳程流体在换热器内呈折线形连续流动,导流板间距可根据最佳流速进行调节,结构坚固,能满足大流量甚至超大流量、脉动频率高的壳程流体换热。

13.当壳程流体为油液时,适用于粘度低和较清洁的油液换热。




换热器选用要点

1)根据已知冷、热流体的流量,初、终温度及流体的比热容决定所需的换热面积。初步估计换热面积,一般先假定传热系数,确定换热器构造,再校核传热系数K值。

管壳式换热器

管壳式换热器

2)选用换热器时应注意压力等级,使用温度,接口的连接条件。在压力降,安装条件允许的前提下,管壳式换热器以选用直径小的加长型,有利于提高换热量。

3)换热器的压力降不宜过大,一般控制在0.01~0.05MPa之间;

4)流速大小应考虑流体黏度,黏度大的流速应小于0.5~1.0m/s;一般流体管内的流速宜取0.4~1.0m/s;易结垢的流体宜取0.8~1.2m/s。

5)高温水进入换热器前宜设过滤器。

6)热交换站中热交换器的单台处理和配置台数组合结果应满足热交换站的总供热负荷及调节的要求。在满足用户热负荷调节要求的前提下,同一个供热系数中的换热器台数不宜少于2台,不宜多于5台。





管壳式换热器的安装要点

1、热交换器应以最大工作压力的1.5倍做水压试验,蒸汽部分应不低于蒸汽供汽压力加0.3MPa;热水部分应不低于0.4MPa。在试验压力下,保持10min压力不降。

2、管壳式换热器前端应留有抽卸管束的空间,即其封头于墙壁或屋顶的距离不得小于换热器的长度,设备运行操作通道净宽不宜小于0.8m。

3、各类阀门和仪表的安装高度应便于操作和观察。

4、加热器上部附件(一般指安全阀)的最高点至建筑结构最低点的垂直净距应满足安装检测的要求,并不得小于0.2m。




管壳式换热器的材料一般以碳钢、不锈钢和铜为主,其中碳钢材质的管板在作为冷却器使用时,其管板与列管的焊缝经常出现腐蚀泄漏,泄漏物进入冷却水系统污染环境又造成物料浪费。

管壳式换热器在制作时,管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊,焊缝形状存在不同程度的缺陷,如凹陷、气孔、夹渣等,焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分一般与工业冷却水接触,而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀,这就是我们常说的电化学腐蚀。研究表明,工业水无论是淡水还是海水,都会有各种离子和溶解的氧气,其中氯离子和氧的浓度变化,对金属的腐蚀形状起重要作用。另外,金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此,管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看,管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物,分布着大小不等的凹坑。以海水为介质时,还会产生电偶腐蚀。化学腐蚀就是介质的腐蚀,换热器管板接触各种各样的化学介质,就会受到化学介质的腐蚀。另外,换热器管板还会与换热管之间产生一定的双金属腐蚀。




影响管壳式换热器腐蚀的主要因素有:

(1)介质成分和浓度:浓度的影响不一,例如在盐酸中,一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重,而当浓度增加到60%以上时,腐蚀反而急剧下降;

(2)杂质:有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等,这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀

(3)温度:腐蚀是一种化学反应,温度每提升 10℃,腐蚀速度约增加1~3倍,但也有例外;

(4)ph值:一般ph值越小,金属的腐蚀越大;

(5)流速:多数情况下流速越大,腐蚀也越大。


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