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換熱器特性與用途及優缺點評析
換熱器特性與用途及優缺點評析
日期:2019-01-23 16:37:04

換熱器是實現化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。在熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強的物料,因此,要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。換熱器的分類比較廣泛:反應釜 壓力容器 冷凝器 反應鍋 螺旋板式換熱器 波紋管換熱器 列管換熱器 板式換熱器 螺旋板換熱器 管殼式換熱器 容積式換熱器 浮頭式換熱器 管式換熱器 熱管換熱器 汽水換熱器 換熱機組 石墨換熱器空氣換熱器 鈦換熱器 換熱設備,要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金屬材料以及不銹鋼、鈦、鉭、鋯等金屬材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、體積大、導熱差等缺點,用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價格過于昂貴,不銹鋼則難耐許多腐蝕性介質,并產生晶間腐蝕。

  換熱器在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業生產中,常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻,把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過程均和熱量傳遞有著密切聯系,因而均可以通過換熱器來完成。

  隨著經濟的發展,各種不同型式和種類的換熱器發展很快,新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發展的需要,我國對某些種類的換熱器已經建立了標準,形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求:

  (1) 合理地實現所規定的工藝條件;

  (2) 結構安全可靠;

  (3) 便于制造、安裝、操作和維修;

  (4) 經濟上合理。

  浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定,而另一端的管板可在殼體內自由浮動,殼體和管束對膨脹是自由的,故當兩張介質的溫差較大時,管束和殼體之間不產生溫差應力。浮頭端設計成可拆結構,使管束能容易的插入或抽出殼體。(也可設計成不可拆的)。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結構較復雜,而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密封。

  浮頭換熱器的浮頭部分結構,按不同的要求可設計成各種形式,除必須考慮管束能在設備內自由移動外,還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。

  在設計時必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應小于殼體內徑Di,一般推薦浮頭管板與殼體內壁的間隙b1=3~5mm。這樣,當浮頭出的鉤圈拆除后,即可將管束從殼體內抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配,所以在設計中應考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。

  鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要作用。隨著幞頭式換熱器的設計、制造技術的發展,以及長期以來使用經驗的積累,鉤圈的結構形式也得到了不段的改進和完善。
  鉤圈一般都為對開式結構,要求密封可靠,結構簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。

  浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性,在長期使用過程中積累了豐富的經驗。盡管近年來受到不斷涌現的新型換熱器的挑戰,但反過來也不斷促進了自身的發展。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導地位。

  管子構成換熱器的傳熱面,管子尺寸和形狀對傳熱有很大影響。采用小直徑的管子時,換熱器單位體積的換熱面積大一些,設備比較緊湊,單位傳熱面積的金屬消耗量少,傳熱系數也較高。但制造麻煩,管子易結垢,不易清洗。大直徑管子用于粘性大或者污濁的流體,小直徑的管子用于較清潔的流體。

  管子材料的選擇應根據介質的壓力、溫度及腐蝕性來確定。

  換熱器的管子在管板上的排列不單考慮設備的緊湊性,還要考慮到流體的性質、結構設計以及加工制造方面的情況。管子在管板上的標準排列形式有四種:正三角形和轉角正三角形排列,適用與殼程介質清潔,且不需要進行機械清洗的場合。正方形和轉角正方形排列,能夠使管間的小橋形成一條直線通道,便于用機械進行清洗,一般用于管束可抽出管間清洗的場合。

  另外對于多管程換熱器,常采用組合排列方法,其每一程中一般都采用三角形排列,而各程之間則常常采用正方形排列,這樣便于安排隔板位置。

  當換熱器直徑較大,管子較多時,都必須在管束周圍的弓形空間內盡量配置換熱管。這不但可以有效地增大傳熱面積,也可以防止在殼程流體在弓形區域內短路而給傳熱帶來不利影響。

  管板上換熱管中心距的選擇既要考慮結構的緊湊性,傳熱效果,又要考慮管板的強度和清洗管子外表面所需的空間。除此之外,還要考慮管子在管板上的固定方法。若間距太小,當采用焊接連接時,相鄰兩根管的焊縫太近,焊縫質量受熱影響不易得到保證;若采用脹接,擠壓力可能造成管板發生過大的變形,失去管子和管板間的結合力。一般采用的換熱管的中心距不小于管子外徑的1.25倍。

  當換熱器多需的換熱面積較大,而管子又不能做的太長時,就得增大殼體直徑,以排列較多的管子。此時為了提高管程流速,增加傳熱效果,須將管束分程,使流體依次流過各程管束。

  為了把換熱器做成多管程,可在一端或兩端的管箱中分別安置一定數量的隔板。

  浮頭式換熱器的優缺點:

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