管殼式換熱器,也被稱為列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構較簡單,操作可靠,可用各種結構材料(主要是金屬材料)制造,能在高溫、高壓下使用,是目前應用**廣的類型。
管殼式換熱器工作原理:
管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板(擋板)和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形,內部裝有管束,管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體,一種在管內流動,稱為管程流體(圖1中藍色箭頭示意);另一種在管外流動,稱為殼程流體(圖1中紅色箭頭示意).為提高管外流體的傳熱分系數,通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度,迫使流體按規定路程多次橫向通過管束,增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊,管外流體湍動程度高,傳熱分系數大;正方形排列則管外清洗方便,適用于易結垢的流體。
管殼式換熱器的主要控制參數為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數等。
流體每通過管束一次稱為一個管程;每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板,將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子,因而在管束中往返多次,這稱為多管程。同樣,為提高管外流速,也可在殼體內安裝縱向擋板,迫使流體多次通過殼體空間,稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。
管殼式換熱器由于管內外流體的溫度不同,因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大,換熱器內將產生很大熱應力,導致管子彎曲、斷裂,或從管板上拉脫。因此,當管束與殼體溫度差超過50℃時,需采取適當補償措施,以消除或減少熱應力。根據所采用的補償措施,管殼式換熱器按照其結構特點可分為以下幾種主要類型:
1.1結構:管束兩端的管板與殼體聯成一體,管板與殼體相焊。
1.2優點:結構簡單緊湊,能承受較高壓力,造價低,管程清洗方便,管子損壞時方便堵管或更換。排管數比U形管換熱器多。
1.3缺點:管束與殼體的壁溫或材料的線脹系數相差較大時,殼體和管束中將產生較大熱應力,為此應需要設置柔性組件(如膨脹節)。不能抽芯無法進行機械清洗。不能更換管束,維修成本較高。
1.4使用范圍:殼程側介質清潔、不易結垢,不能進行清洗,管程與殼程兩側溫差不大或溫差較大但殼側壓力不高的場合。
2.1結構:兩端管板中只有一端與殼體固定,另一端可相對殼體自由移動,稱為浮頭。浮頭由浮頭管板,鉤圈和浮頭蓋組成,是可拆連接,管束可從殼體中抽出。管束與殼體的熱形變互不約束,不會產生熱應力。
2.2優點:可抽式管束,當換熱管為正方形或轉角正方形排列時,管束可抽出進行機械清洗,適用于易結垢及堵塞的工況。一端可自由浮動,無需考慮溫差應力,可用于大溫差場合。
2.3缺點:結構復雜,造價高,設備笨重,材料消耗大。浮頭端結構復雜影響排管數。浮頭密封面在操作時易產生內漏。
2.4適用范圍:適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質易結垢的場合。浮頭換熱器在煉油行業或乙烯行業中應用較多,由于內浮頭結構限制了使用壓力和溫度,一般情況下Pmax≤6.4MPa,Tmax≤400℃。
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