管殼式換熱器又稱列管式換熱器。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。今天我們就來借鑒學習一下管殼式換熱器的相關知識內容。
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;另一種在管外流動,稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù),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(guī)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(shù)大;正方形排列則管外清洗方便,適用于易結垢的流體。
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。圖示為簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。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(chǎn)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(jù)所采用的補償措施,管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型:①固定管板式換熱器管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體,結構簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時,可在殼體上安裝有彈性的補償圈,以減小熱應力。
②浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動,消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣,但結構比較復雜,造價較高。
③ U型管式換熱器 每根換熱管皆彎成U形,兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū),借助于管箱內的隔板分成進出口兩室。此種換熱器消除了熱應力,結構比浮頭式簡單,但管程不易清洗。
④填料函式換熱器 填料函式換熱器其結構特點是管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮,不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。
填料函式換熱器的優(yōu)點是結構較浮頭式換熱器簡單,制造方便,耗材少,造價低;管束可從殼體內抽出,管內、管間均能進行清洗,維修方便。其缺點是填料函耐壓不高,一般小于4.0MPa;殼程介質可能通過填料函外漏,對易燃、易爆、有毒和貴重的介質不適用。填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質易結垢,需經(jīng)常清理且壓力不高的場合。
⑤釜式換熱器 釜式換熱器結構特點是在殼體上部設置適當?shù)恼舭l(fā)空間,同時兼有蒸汽室的作用。
管束可以為固定管板式、浮頭式或U 型管式。釜式換熱器清洗維修方便,可處理不清潔、易結垢的介質,并能承受高溫、高壓。它適用于液-汽式換熱,可作為最簡結構的廢熱鍋爐。
管殼式換熱器傳熱機理
一般來說,管殼式換熱器制造容易,生產(chǎn)成本低,選材范圍廣,清洗方便,適應性強,處理量大,工作可靠,且能適應高溫高壓。雖然它在結構緊湊性、傳熱輕度和單位金屬消耗量方面無法與板式和板翅式換熱器相比,但它由于具有前述的一些優(yōu)點,因而在化工、石油能源等行業(yè)的應用中仍處于主導地位。
管殼式換熱器是把管子與管板連接,再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式、釜式浮頭式、U型管式、滑動管板式、填料函式及套管式等幾種,前面我們簡要介紹過。根據(jù)介質的種類、壓力、溫度、污垢和其他條件,管板與殼體的連接的各種結構型式特點,傳熱管的形狀和傳熱條件,造價,維修檢查方便等情況來選擇設計制造各種管殼式換熱器。
管殼式換熱器結構及制造標準
一般來說,管殼式換熱器制造容易,生產(chǎn)成本低,選材范圍廣,清洗方便,適應性強,處理量大,工作可靠,且能適應高溫高壓。雖然它在結構緊湊性、傳熱輕度和單位金屬消耗量方面無法與板式和板翅式換熱器相比,但它由于具有前述的一些優(yōu)點,因而在化工、石油能源等行業(yè)的應用中仍處于主導地位。
管殼式換熱器是把管子與管板連接,再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式、釜式浮頭式、U型管式、滑動管板式、填料函式及套管式等幾種,前面我們簡要介紹過。根據(jù)介質的種類、壓力、溫度、污垢和其他條件,管板與殼體的連接的各種結構型式特點,傳熱管的形狀和傳熱條件,造價,維修檢查方便等情況來選擇設計制造各種管殼式換熱器。
管殼式換熱器結構及制造標準
管殼式換熱器: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。(設計制造遵循標準:國外 TEMA ASME 國內 GB151、GB150)
后封頭又分為固定式、浮頭式以及U型管,相對于固定式,浮頭式造價更高、需要更大的殼徑、低的換熱效果(由于泄漏流C的存在),優(yōu)點則是一端具有自由度可以處理好熱膨脹問題。
B型封頭:單法蘭經(jīng)濟型最好,由于易于采購,是常用的封頭
C型封頭:帶管板和可拆蓋,管側清洗方便,可以處理管程高壓和高危介質(適當),適于殼側管束較重以及殼側需要清洗的情況。 D型封頭:特種高壓型,適用于特殊高壓的工況(管箱焊在管板上) N型封頭:帶管板和可拆蓋,管束不可拆,此種封頭經(jīng)濟性最好,接近管板容易;可以處理殼側高危介質。 A型封頭與B型封頭相比多了一片法蘭,其耐壓性沒有B型封頭好,其優(yōu)點是換熱器檢修時不許將封頭拿掉,相對于B型封頭來說更加方便。C型封頭、N型封頭換熱器中的管束是可抽出的,其中C型封頭的換熱器中的管板和管箱是焊在一起的。
后封頭
U型:U型管束,管束可移動,殼側容易清洗;熱膨脹處理優(yōu)秀,經(jīng)濟(無法蘭);缺點是管側無法清洗,更換管束困難,彎頭部位容易沖刷損傷。 P型封頭和W型封頭已經(jīng)被淘汰,不在使用。 S型封頭:其尺寸特點是其后封頭要比殼體的直徑大,優(yōu)點是可以解決換熱器設計過程中的兩個問題,一是可以消除換熱器的熱應力,二是換熱器的管殼側都可以進行清洗。 T型封頭和S型封頭相似,但其后封頭尺寸和殼體直徑相同,且其內封頭和管束可以直接抽出,但T型封頭和S型封頭相比,受力情況沒有S型封頭好,的好處是抽芯方便,在工程設計中一般不選用T。
E型殼體:為單程殼體,在設計過程中一般優(yōu)先選擇,它適用于所有的情況,單相換熱更優(yōu),缺點是壓降較大。
F型殼體:適用于場地受限,需要雙殼程的情況,比較適合于單相換熱,純逆流換熱,傳熱溫差大;缺點是F型殼體有分程隔板,此處會發(fā)生漏流,而且殼程進口與出口處的壓差和溫差都是最大的,會發(fā)生漏溫且分程隔板也容易發(fā)生變形。所以F型殼體適用于壓差和溫差都不大的情況下。 G型殼體:屬于平行流換熱器,該換熱器的熱流體出口溫度可以比冷流體出口溫度低,適用于需要做殼側強化的臥式熱虹吸再沸器、冷凝器等。 H型殼體:雙平行流換熱器,主要用于冷凝和蒸發(fā)的工況下,而且殼體中不使用折流板。G/H型殼體的優(yōu)點是傳熱溫差大,比E型要高。 J型殼體:分流殼體,一是適用于殼體氣相壓降較大,振動解決不了的情況;二是用于再沸器,相對于E型使得傳熱的效果比較穩(wěn)定;三是用于部分冷凝的工況,其缺點則是傳熱溫差較小,傳熱系數(shù)也不大。 K型殼體:主要用于管程熱介質,殼側蒸發(fā)的工況,在廢熱回收條件下使用。X型殼體:冷熱流體屬于錯流流動,其優(yōu)點是壓降非常小,當采用其他殼體發(fā)生振動,且通過調整換熱器參數(shù)無法消除該振動時可以使用此殼體形式,其不足之處是流體分布不均勻,X型殼體并不經(jīng)常使用。