2016-08-04 17:41:26

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管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单,操作可靠,可用各种结构材料(主要是金属材料)制造,能在高温、高压下使用,是目前应用最广的类型。

基本信息

  • 中文名

    管壳式换热器

  • 外文名

    shell and tube heat exchanger

  • 主要材料

    金属

  • 别称

    列管式换热器

折叠 编辑本段 结构

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形,内部装有管束,管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体,一种在管内流动,称为管程流体;另一种在管外流动,称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数,通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度,迫使流体按规定路程多次横向通过管束,增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑,管外流体湍动程度高,传热分系数大;正方形排列则管外清洗方便,适用于易结垢的流体。

流体每通过管束一次称为一个管程;每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板,将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子,因而在管束中往返多次,这称为多管程。同样,为提高管外流速,也可在壳体内安装纵向挡板,迫使流体多次通过壳体空间,称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

折叠 编辑本段 类型

管壳式换热器由于管内外流体的温度不同,因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大,换热器内将产生很大热应力,导致管子弯曲、断裂,或从管板上拉脱。因此,当管束与壳体温度差超过50℃时,需采取适当补偿措施,以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施,管壳式换热器可分为以下几种主要类型:

固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体,结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时,可在壳体上安装有弹性的补偿圈,以减小热应力。

浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动,完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广,但结构比较复杂,造价较高。

U型管式换热器 每根换热管皆弯成U形,两端分别固定在同一管板上下两区,借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力,结构比浮头式简单,但管程不易清洗。

涡流热膜换热器涡流热膜换热器采用最新的涡流热膜传热技术,通过改变流体运动状态来增加传热效果,当介质经过涡流管表面时,强力冲刷管子表面,从而提高换热效率。最高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式,在换热管表面形成绕流,对流换热系数降低。

据【换热设备推广中心】的资料显示,涡流热膜换热器的最大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间,换热管和壳体之间流动关系,不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流,而是靠换热管之间自然诱导形成交替漩涡流,并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好,不会彼此碰撞,既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题,又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。

折叠 编辑本段 ​性能

折叠 特点

1.高效节能,该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C。

2.全不锈钢制作,使用寿命长,可达20年以上。

3.改层流为湍流,提高了换热效率,降低了热阻。

4.换热速度快,耐高温(400℃),耐高压(2.5Mpa)。

5.结构紧凑,占地面积小,重量轻,安装方便,节约土建投资。

6.设计灵活,规格齐全,实用针对性强,节约资金。

7.应用条件广泛,适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。

8.维护费用低,易操作,清垢周期长,清洗方便。

9.采用纳米热膜技术,显著增大传热系数。

10.应用领域广阔,可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。

折叠 性能对比

对比项目

浮动盘管换热器

螺纹管换热器

涡流热膜换热器

适用介质种类

蒸汽、水

蒸汽、水

弱腐蚀性化工原料、蒸汽、水

介质的参数范围

温度:0-150度

压力:0-1.0MPa

温度:0-150度

压力:0-1.6MPa

温度:-40-400度

压力:0-10.0MPa

热效率

热效率=92%

热效率=93%

热效率=96%

防垢性能

自动除垢

人工除垢

具有防垢功能

耐震、噪音

振动较大,噪音大

振动较小,噪音小

振动微弱,噪音小

试用寿命

7年左右

10年左右

20年左右

维修

停机维修,更换管束

停机维修,拔管再胀管

无需维修

非金属材料换热器化工生产中强腐蚀性流体的换热,需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。

其中以碳化硅为主要材质的陶瓷换热器具有以下特点:

陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同,导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近,温度较高的地方,不需要掺冷风及高温保护,当窑炉温度1250-1450℃时,烟道出口的温度应是1000-1300℃,陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃,将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧,可节约能源25%-45%,这样直接降低生产成本,增加经济效益。

陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展,因为它较好地解决了耐腐蚀,耐高温等课题,成为了回收高温余热的最佳换热器。经过多年生产实践,表明陶瓷换热器效果很好。它的主要优点是:导热性能好,高温强度高,抗氧化、抗热震性能好。寿命长,维修量小,性能可靠稳定,操作简便。是目前回收高温烟气余热的最佳装置。

目前,陶瓷换热器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行业主要热工窑炉,正在为世界的节能减排事业作出了巨大的贡献。

流道的选择进行换热的冷热两流体,按以下原则选择流道:①不洁净和易结垢流体宜走管程,因管内清洗较方便;②腐蚀性流体宜走管程,以免管束与壳体同时受腐蚀;③压力高的流体宜走管程,以免壳体承受压力;④饱和蒸汽宜走壳程,因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出;⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时,宜使传热分系数大的流体走壳程,以减小热应力。

操作强化当管壁两侧传热分系数相差很大时(如粘度小的液体与气体间的换热),应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小,可采用外螺纹管(低翅片管),以增大管外一侧的传热面积和流体湍动,减小热阻。如果管内传热分系数小,可在管内设置麻花铁,螺旋圈等添加物,以增强管内扰动,强化换热,当然这时流体的流动阻力也将增大。

折叠 编辑本段 换热机组

热敏传感换热机组属冷热直混型换热机组,换热效率可达到极限百分之百,这同传统间壁式换热器如管壳式换热器有着本质的不同,众所周知传统间壁式换热器因其本身存在的致命缺陷--噪音及振动,难以得到市场的广泛推广和客户认同。由于系统种种原因造成的压力波动会引发该类型换热器强烈的运行噪音,给用户使用带来极大不便。热敏传感换热机组热敏传感换热机组

热敏传感换热机组成功攻克了上述换热器存在的技术缺陷,通过传质传热和喷射原理相结合,彻底消除了因系统压力波动而引发的巨大噪音源,不但实现了热敏和冷敏的零热阻热交换,更充分利用了冷凝水的显热值,使换热效率达到极高境界,另外该产品充分利用带压蒸汽本身的内外动能,推动整个系统的循环,大大降低了因推动系统循环而消耗的电能,同时冷凝水可得到百分百的回收利用,在没有特殊原因情况下系统无需另外补水。使产品充分达到了节汽,节电,节水三位一体的节能效果,为用户及社会创造了可观的节能效益,产品的价值进一步增值。由于冷凝水重新被系统回收利用,整个系统用水被纯净的冷凝水完全替代,因而在源头上彻底消除了整个系统结垢的可能性,从主换热器到用户的散热器片都在一种理想的工况条件下运行,大大提升了整个换热系统的运行效率以及换热机组的使用寿命。

技术特点:

1、传热迅捷、换热高效、换热效率可达100%。

2、冷凝水充分回收,循环利用,整个系统水自洁防垢,换热器、散热器及换热系统可保持长效稳定高效的热交换性能,最大限度降低系统结垢现象,不会因难以克服的结垢弊端而降低系统换热效率。

3、换热器采用全不锈钢制作,产品结构设计科学,工艺制作精良,使用寿命长,可达20年以上。

4、关键部件采用德国先进工艺技术及订单加工,因而主机不受蒸汽压力及系统压力影响,有效消除噪音、汽击现象,整机运行平稳。

5、冷凝水被完全吸收和利用,系统没有特殊原因,无需设置补水装置,大大节约了系统用水及运行费用。

6、整套机组结构紧凑,占地面积小,大大节省土建投资,同时,由于换热效率极高,运行中系统又无需补水,整个机组节汽、节电、节水三位一体,为用户创造可观的节能效益。

7、机组具备高智能自动化控制功能,可实现超压、超温保护,断电蒸汽自动切断及室外温度自动补偿功能并可实现远程监控,为用户提供高枕无忧的运行平台。

8、应用领域广阔,可广泛用于热电、厂矿、食品医疗、机械轻工、民用建筑等领域的采暖、热水洗浴及其他用途。

9、应用条件宽泛,可用于较大压力、温度范围的热交换。

折叠 编辑本段 冷却特点

1.传热管采用外表面轧制翅片的铜管,导热系数高,换热面积大。

2.导流板引导壳程流体在换热器内呈折线形连续流动,导流板间距可根据最佳流速进行调节,结构坚固,能满足大流量甚至超大流量、脉动频率高的壳程流体换热。

3.当壳程流体为油液时,适用于粘度低和较清洁的油液换热。

折叠 编辑本段 控制参数

1.管壳式换热器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒参数等。

折叠 编辑本段 选用要点

1)、根据已知冷、热流体的流量,初、终温度及流体的比热容决定所需的换热面积。初步估计换热面积,一般先假定传热系数,确定换热器构造,再校核传热系数K值。管壳式换热器管壳式换热器

2)、选用换热器时应注意压力等级,使用温度,接口的连接条件。在压力降,安装条件允许的前提下,管壳式换热器以选用直径小的加长型,有利于提高换热量。

3)、换热器的压力降不宜过大,一般控制在0.01~0.05MPa之间;

4)、流速大小应考虑流体黏度,黏度大的流速应小于0.5~1.0m/s;一般流体管内的流速宜取0.4~1.0m/s;易结垢的流体宜取0.8~1.2m/s。

5)、高温水进入换热器前宜设过滤器。

6)、热交换站中热交换器的单台处理和配置台数组合结果应满足热交换站的总供热负荷及调节的要求。在满足用户热负荷调节要求的前提下,同一个供热系数中的换热器台数不宜少于2台,不宜多于5台。

折叠 编辑本段 安装要点

1)、热交换器应以最大工作压力的1.5倍做水压试验,蒸汽部分应不低于蒸汽供汽压力加0.3MPa;热水部分应不低于0.4MPa。在试验压力下,保持10min压力不降。

2)、管壳式换热器前端应留有抽卸管束的空间,即其封头于墙壁或屋顶的距离不得小于换热器的长度,设备运行操作通道净宽不宜小于0.8m。

3)、各类阀门和仪表的安装高度应便于操作和观察。

4)、加热器上部附件(一般指安全阀)的最高点至建筑结构最低点的垂直净距应满足安装检测的要求,并不得小于0.2m。

折叠 编辑本段 执行标准

折叠 产品标准

《管壳式换热器》GB151-1999

《导流型容积式水加热器和半容积式水加热器(U型管束)》CJ/T 163-2002

折叠 工程标准

折叠 相关标准图

05R103 热交换站工程设计施工图集

01S122-1~10水加热器选用及安装

折叠 编辑本段 腐蚀分析

管壳式换热器的材料一般以碳钢、不锈钢和铜为主,其中碳钢材质的管板在作为冷却器使用时,其管板与列管的焊缝经常出现腐蚀泄漏,泄漏物进入冷却水系统污染环境又造成物料浪费。

管壳式换热器在制作时,管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊,焊缝形状存在不同程度的缺陷,如凹陷、气孔、夹渣等,焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分一般与工业冷却水接触,而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀,这就是我们常说的电化学腐蚀。研究表明,工业水无论是淡水还是海水,都会有各种离子和溶解的氧气,其中氯离子和氧的浓度变化,对金属的腐蚀形状起重要作用。另外,金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此,管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看,管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物,分布着大小不等的凹坑。以海水为介质时,还会产生电偶腐蚀。化学腐蚀就是介质的腐蚀,换热器管板接触各种各样的化学介质,就会受到化学介质的腐蚀。另外,换热器管板还会与换热管之间产生一定的双金属腐蚀。

综上所述,影响管壳式换热器腐蚀的主要因素有:

(1)介质成分和浓度:浓度的影响不一,例如在盐酸中,一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重,而当浓度增加到60%以上时,腐蚀反而急剧下降;

(2)杂质:有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等,这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀

(3)温度:腐蚀是一种化学反应,温度每提升 10℃,腐蚀速度约增加1~3倍,但也有例外;

(4)ph值:一般ph值越小,金属的腐蚀越大;

(5)流速:多数情况下流速越大,腐蚀也越大。

折叠 编辑本段 防腐保护

针对冷却塔防腐问题,传统方法以补焊为主,但补焊易使管板内部产生内应力,难以消除,可能造成冷却塔管板焊缝再次渗漏。现西方国家多采用高分子复合材料的方法进行保护。其具有优异的粘着性能及抗温、抗化学腐蚀性能,在封闭的环境里可以安全使用而不会收缩,特别是良好的隔离双金属腐蚀和耐冲刷性能,从根本上杜绝了修复部位的腐蚀渗漏,为冷却塔提供一个长久的保护涂层。

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