常见一般换热器结构、优缺点及适用范围

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