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列管式换热器简介

来源:本站 作者:饮料机械 发布日期:2015-5-6 点击次数:1285 [打印] [收藏]

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,以实现不同温度流体间的热能传递,又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
    在换热器中,至少有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热,但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。
    在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,且它们是上述这些行业的通用设备,占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展,对能源利用、开发和节约的要求不断提高,因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃,一些新型高效换热器相继问世。
列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
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。
  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。
  结构:壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 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。
列管式换热器,按材质分为碳钢列管式换热器,不锈钢列管式换热器和碳钢与不锈钢混合列管式换热器三种,按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器,按结构分为单管程、双管程和多管程,传热面积1~500m2,可根据用户需要定制。在进行换热时,一种流体由封头的连结管处进入,在管流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另-种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程。

列管式换热器种类很多,目前广泛使用的按其温差补偿结构来分,主要有以下几种:浮头式换热器、固定式换热器、U形管换热器、填料函式换热器等
1)浮头式换热器
        浮头式换热器两端的管板,一端不与壳体相连,该端称浮头。管子受热时,管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩,完全消除了温差应力。
  新型浮头式换热器浮头端结构,它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成,其特征是:在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面,并在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布,浮头处取消钩圈及相关零部件,浮头管板密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心,半径稍大于管束外径的梯型凹槽,且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通,而不与
图1 浮头式换热器
凹型槽相连通;在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布,设浮头法兰为凸型和梯型凸台双密封,分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰,且凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配,该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖,其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配,用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片,该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径,同时相应变更加大相关零部件的尺寸;另配置一无外力辅助钢圈,其圈体内径大于浮头管板外径,钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封,另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封。
  浮头换热器的特点:
  浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间,另一端管板可以在壳体内自由移动,这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的,管束可以抽出,便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂,造价高(比固定管板高20%),在运行中浮头处发生泄漏,不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。
2)固定管板式换热器
       固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体,当两流体的温度差较大时,在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈(或膨胀节)。当壳体和管束热膨胀不同时,补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。
  固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束,管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上,两端管板直接和壳体焊接在一起,壳程的进出口管直接焊在壳体上,管板
图2  固定管板式换热器
外圆周和封头法兰用螺栓紧固,管程的进出口管直接和封头焊在一起,管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。
  这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但壳程清洗困难,对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以至管子扭弯或使管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置,一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时,为安全起见,换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于60~70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿的作用,就应考虑其他结构。

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