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简述不同结构型式换热器的特点

返回列表 来源:恒峰娱乐手机版 查看手机网址 浏览: 发布日期:2018年09月04日

  热交换器是将热流体的一部分热传递给冷流体的装置,也称为热交换器。换热器在化工、石油、电力、食品等许多工业生产中发挥着重要作用。它们可作为化工生产中的加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器,被广泛使用。

  一不同结构型式换热器的特点

  1.固定管板式换热器

  固定管板式换热器的主要特点:结构简单、紧凑、没有壳程密封的问题,而且往往是管板兼作法兰。

  固定管板式换热器可以适用以下场合:

  a)管、壳程温差较大,但压力不高的场合(因为温差大,要加膨胀节,而膨胀节耐压能力差,GB16749《压力容器波形膨胀节》中规定设计压力不大于6.4 MPa );

  b)管、壳程温差不大,而压力较高的场合;

  c)壳程无法机械清洗,故要求壳程介质干净;或虽会结垢,但通过化学清而能去除的场合;

  d)布管多,锻件少,一次性投资低;但不可更换管束,整台设备往往由换热管损坏而更换,故设备运行周期短。

  由于固定管板式换热器的换热管、管板和壳体焊在一起,故换热管与壳体间的金属壁温差(实际是管、壳间的热膨胀差)引起的温差应力是其致命的弱点,也是设计中的控制因素。

  是否需要设置膨胀节是固定管板式换热器设计过程种的重点和难点问题。

  在计算过程种① 壳体轴向应力σc, ② 换热管轴向应力σt, ③ 换热管与管板之间连接拉脱力q,三项中有一项不能满足强度条件时,就需设置膨胀节。

  2.浮头式换热器

  浮头式换热器的主要特点如下:

  a)可抽式管束,当换热管为正方形或转角正方形排列时,管束可抽出进行管间机械清洗,适用于壳程易结焦及堵塞的工况;

  b)一端管板夹持,一端内浮头型式可自由浮动,故无需考虑温差应力,可用于大温差的场合;

  c)浮头结构复杂,影响排管数,加之处于壳程介质内的浮头密封面操作中发生泄漏时很难采取措施;

  d)压力试验时的试压胎具复杂。

  浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。

  浮头式换热器使用压力和温度的限制:用于炼油行业中较多,其内浮头结构限制了使用压力和温度,故一般情况其使用限制为Pmax≤6.4 MPa; Tmax≤400℃。

  3.U形管式换热器

  它是在换热器中适用于高温、高压和高温差的一种换热器,特点如下:

 简述不同结构型式换热器的特点

  a)以U形换热管尾端的自由浮动解决温差应力,可用于高温差;

  b)只有一块管板,加之法兰的数量也少,故结构简单而且泄漏点少;

  c)可以进行抽芯清洗(管程走清洁流体),便于清洗换热管外壁;

  d)由于弯管Rmim的限制,分程间距宽,故比固定管板换热器排管略少。

  e)管程流速太高时,将会对U形弯管段产生严重的冲蚀,影响寿命。

  f)换热管泄漏时,除外圈U形管外,不能更换,只能堵管。

  4.釜式重沸器

  釜式重沸器的管程采用U形或浮头管束(管头试压时,要另配试压壳体),壳程为单(或双)斜锥具有蒸发空间的壳体,一般为管程介质加热壳程介质,故管程的温度和压力比壳体的高,但设计压力一般不大于6.4Mpa。

  适用于:

  a)管、壳程温差大的场合;

  b)一般管程压力比壳程高,可采用T翅或表面多孔强化传热管。

  5.填料函式换热器

  填料函式换热器其结构特点是:

  a)管板只有一端与壳体固定连接,另一端采用填料函密封。

  b)管束可以自由伸缩,不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。

  填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单,制造方便,耗材少,造价低;管束可从壳体内抽出,管内、管间均能进行清洗,维修方便。

  填料函式换热器的缺点是填料函耐压不高,一般小于4.0MPa;壳程介质可能通过填料函外漏,对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。

  填料函式换热器适用于管、壳壁温差较大或介质易结垢,需经常清理且压力不高的场合。

  6.螺旋缠绕管式换热器

  螺旋缠绕管式换热器主要由壳体和管束体组成,管束体主要由换热管、管板、中心筒、垫条及卡箍等组成。换热管紧密地盘绕在中心筒上,用平垫条和异型垫条隔开,保证管子之间的横向和纵向间距。

  螺旋缠绕管式换热器主要有以下优点:

  (1)结构紧凑,在单位容积内具有较多的传热面积。

  (2)单根管子或不同的层管组均可连接在一块或多块管板上,因此不同管程的流体(多达6种不同流体)可与一种壳程流体形成对流,由此可进行多种介质换热。

  (3)螺旋缠绕的管子。在和上下管箱连接处,均有一定长度的管子为自由状态,所以对冷热变化有良好的补偿能力。

  (4)换热器易实现大型化。到目前为止,单台最大面积已达到25000m2

  (5)传热强度大,传热系数高。管侧流体在螺旋管内流动会形成二次环流,强化传热效果。垫条和换热管交错布置会对壳侧介质形成扰流,能使壳侧介质在较低的雷诺数的情况下达到湍流,强化传热。