常见一般换热器结构优缺点及适用范围.docx
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常见一般换热器结构优缺点及适用范围
一般常见换热器构造、优缺点及适用范围
浮头换热器
构造:
两端管板中只有一端与壳体固定,另一端可相对壳体自由挪动,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,管束可抽出进展机械清洗,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:
构造复杂,造价高,设备笨重,材料消耗大。
浮头端构造复杂影响排管数。
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,由于内浮头构造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
构造:
管束连接在管板上,管板与壳体相焊。
优点:
构造简单紧促,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〕。
不能抽芯无法进展机械清洗。
不能更换管束,维修本钱较高。
适用范围:
壳程侧介质清洁不易结垢,不能进展清洗,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根本构件,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,可以得到更大的外表密度
但大多数流体会在管子外表上沉积污垢层,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20mm,钛管一般采Φ25mm,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2m/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展定期清洗。
管壳式换热器的结垢
换热器操作一段时间后,假设管壁结垢严重,那么传热才能下降,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断定结垢情况。
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、外外表产生腐蚀磨损。
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
构造:
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构造。
优点:
由于采用填料函密封构造,使得管束在壳体内可以自由伸缩,防止了热应力。
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
构造:
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。
构造简单,价格廉价,承压才能强。
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:
构造稳固,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、接收、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开展迅速,部分得益于热泵行业的突飞猛进。
2021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开展。
“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,适宜做小的散热器,做大的散热器时可以并联,最大可以到达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到达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,国内消费套管式的企业只有二十多家,行业内专业消费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开展。
管壳式换热器是根本部件
·壳体
·外头盖
·换热管
·管箱
·管箱盖板
·管板
·折流板
·接收
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,其管子两端与管板结实连接,管板焊在壳体上。
这种构造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构造简单,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构造形式。
还有一些其他优点,如把管箱盖板拆卸后即可对管内进展机械清洗,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,故管外侧无法进展机械清洗。
因此,其使用受到了要求管外介质干净的限制。
但假设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,在消费中占有重要地位。
由于消费规模、物料的性质、传热的要求等各不一样,故换热器的类型也是多种多样。
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〕换热器根本尺寸确实定、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,选定适宜的规格。
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。
一、夹套换热器
构造:
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:
构造简单,加工方便。
缺点:
传热面积A小,传热效率低。
用途:
广泛用于反响器的加热和冷却。
为了进步传热效果,可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。
二、沉浸式蛇管换热器
构造:
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展换热。
优点:
构造简单,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
构造:
冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来,沿管外表流下来,
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,冷却水可搜集再进展重新分配。
优点:
构造简单、造价廉价,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
构造:
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:
构造简单,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:
构造不紧凑,金属消耗量大,接头多而易漏,占地较大。
用途:
广泛用于超高压消费过程,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;另一种流体在管外流动,其行程称为壳程。
管束的壁面即为传热面。
优点:
单位体积设备所能提供的传热面积大,传热效果好,构造稳固,可选用的构造
材料范围宽广,操作弹性大,大型装置中普遍采用。
为进步壳程流体流速,往往在
壳体内安装一定数目与管束互相垂直的折流挡板。
折流挡板不仅可防止流体短路
、增加流体流速,还迫使流体按规定途径屡次错流通过管束,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
必须从构造上考虑热膨胀的影响,采取各种补偿的方法,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:
构造简单,本钱低,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:
构造较为复杂,本钱高,消除了温差应力,是应用较多的一种构造形式。
〔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:
构造较简单,管程不易清洗,常为干净流体,适用于高压气体的换热。
设备:
焦琪
2021/7/4
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- 常见 一般 换热器 结构 优缺点 适用范围