常见一般换热器结构、优缺点及适用范围.docx

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Pmax6.4MPa,Tmax400。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25 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 ms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，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50C，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