化工生產(chǎn)換熱器基本知識(shí)

換熱設(shè)備分類及特點(diǎn)按作用原理或傳熱方式直接接觸換熱器蓄熱式換熱器間壁式換熱器中間載熱體式換熱器換熱設(shè)備分類及特點(diǎn)直接接觸換熱器

又稱混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱的換熱器。如冷卻塔、氣壓冷凝器等。直接接觸式換熱器具有傳熱效率高、單位容積提供的傳熱面積大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但僅適合工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。熱流體冷流體熱流體冷流體換熱設(shè)備分類及特點(diǎn)蓄熱式換熱器

又稱回?zé)崾綋Q熱器，它是借助于由固體（如固體填料或多孔性格子磚等）構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。若兩種流體不允許有混合，則不能采用蓄熱式換熱器。熱流體冷流體熱流體冷流體載熱體換熱設(shè)備分類及特點(diǎn)間壁式換熱器

又稱表面式換熱器，它是利用間壁（固體壁面）將進(jìn)行熱交換的冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過(guò)間壁傳遞給冷流體的換熱器。是工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器。熱流體冷流體熱流體冷流體換熱設(shè)備分類及特點(diǎn)中間載熱體式換熱器

這類換熱器是把兩個(gè)間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來(lái)的換熱器，載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器。管殼式換熱器按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊造價(jià)低固定管板式承受較高壓力清洗、更換方便浮頭式U形管式填料函式釜式重沸器產(chǎn)生熱應(yīng)力溫差不大不易結(jié)垢清洗方便無(wú)熱應(yīng)力結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)高制造時(shí)密封要求高結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無(wú)熱應(yīng)力布管少報(bào)廢率高承壓能力強(qiáng)軸向自由伸縮無(wú)熱應(yīng)力產(chǎn)生泄露物料有限制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單承受高溫、高壓無(wú)熱應(yīng)力成本高結(jié)構(gòu)復(fù)雜清洗方便固定管板式換熱器

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固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)如上圖所示，換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。換熱管可為光管或低翅管。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，能得到較小的殼體內(nèi)徑，管程可分成多樣，殼程也可用縱向隔板分成多程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應(yīng)用。

其缺點(diǎn)是殼側(cè)不便清洗，只能采用化學(xué)方法清洗，檢修困難，對(duì)于較臟或?qū)Σ牧嫌懈g性的介質(zhì)不能走殼程。殼體與換熱管溫差應(yīng)力較大，當(dāng)溫差應(yīng)力很大時(shí)，可以設(shè)置單波或多波膨脹節(jié)減小溫差應(yīng)力。浮頭式換熱器

浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)如圖所示，其一端管板與殼體固定，而另一端的管板可以在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)。殼體和管束對(duì)熱膨脹是自由的，故當(dāng)兩種介質(zhì)的溫差較大時(shí)，管束與殼體之間不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束可以容易地插入或抽出，這樣為檢修和清洗提供了方便。這種形式的換熱器特別適用于殼體與換熱管溫差應(yīng)力較大，而且要求殼程與管程都要進(jìn)行清洗的工況。

浮頭式換熱器的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴，而且浮頭端小蓋在操作時(shí)無(wú)法知道泄漏情況，所以裝配時(shí)一定要注意密封性能。U形管式換熱器

上圖為雙殼程U形管式換熱器。U形管式換熱器是將換熱管彎成U形，管子兩端固定在同一塊管板上。由于換熱管可以自由伸縮，所以殼體與換熱管無(wú)溫差應(yīng)力。因U形管式換熱器僅有一塊管板，所以結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，管束可從殼體內(nèi)抽出，殼側(cè)便于清洗，但管內(nèi)清洗稍困難，所以管內(nèi)介質(zhì)必須清潔且不易結(jié)垢。U形管式換熱器一般用于高溫高壓情況下，尤其是殼體與換熱管金屬壁溫差較大時(shí)。

殼程可設(shè)置縱向隔板，將殼程分為兩程(如圖中所示)。填料函式換熱器

上圖為填料函式雙管程雙殼程換熱器，填料函式換熱器的換熱管束可以自由滑動(dòng)，殼側(cè)介質(zhì)靠填料密封。對(duì)于一些殼體與管束溫差較大，腐蝕嚴(yán)重而需經(jīng)常更換管束的換熱器，可采用填料函式換熱器。它具有浮頭換熱器的優(yōu)點(diǎn)，又克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，易于檢修清洗。

填料函式換熱器的缺點(diǎn)：使用直徑??；不適于高溫、高壓條件下；殼程介質(zhì)不適于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒等介質(zhì)。管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器型式材料換熱管尺寸管排列形式及中心距管板管箱管束分程換熱管與管板連接平面形橢圓形蝶形管板結(jié)構(gòu)光管球形繞性薄管板單雙強(qiáng)度脹強(qiáng)度焊三脹焊并用弓形圓盤-圓環(huán)旁路擋板擋管管程結(jié)構(gòu)管板材料殼體折流板或折流桿縱向隔板殼程結(jié)構(gòu)防短路結(jié)構(gòu)拉桿防沖擋板中間擋板翅片管螺旋槽管螺紋管換熱管換熱器排列形式正三角形轉(zhuǎn)角三角形正方形轉(zhuǎn)角正方形30o60o90o45o管板管板材料選擇管板材料時(shí)，除力學(xué)性能外，還應(yīng)考慮管程和殼程流體的腐蝕性，以及管板和換熱管之間的電位差對(duì)腐蝕的影響。當(dāng)流體無(wú)腐蝕性或有輕微腐蝕性時(shí)，管板一般采用壓力容器用碳素鋼或低合金鋼板或鍛件制造。

當(dāng)流體腐蝕性較強(qiáng)時(shí)，管板應(yīng)采用不銹鋼、銅、鋁、鈦等耐腐蝕材料。但對(duì)于較厚的管板，若整體采用價(jià)格昂貴的耐腐蝕材料，造價(jià)很高。工程上常采用不銹鋼+鋼、鈦+鋼、銅+鋼等復(fù)合板，或堆焊襯里。管板管板結(jié)構(gòu)薄管板結(jié)構(gòu)形式（a）（b）（c）（d）管板管板結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量減少管板厚度。薄管板顧名思義是指相對(duì)采用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范（如GB151《管殼式換熱器》、美國(guó)管式換熱器制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)TEMA）計(jì)算所得的管板厚度要薄的多的管板，一般厚度為8-20mm。目前薄管板主要有平面形、橢圓形、蝶形、球形、撓性薄管板等形式，最為常用的是平面形薄管板。管箱和管束分程管箱殼體直徑較大的換熱器大多采用管箱結(jié)構(gòu)。管箱位于管殼式換熱器的兩端，管箱的作用是把從管道輸送來(lái)的流體均勻地分布到各換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起改變流體流向的作用。管箱的結(jié)構(gòu)形式主要以換熱器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素來(lái)決定。管束分程在管內(nèi)流動(dòng)的流體從管子的一端流到另一端，稱為一個(gè)管程。在管殼式換熱器中，最簡(jiǎn)單最常用的是單管程的換熱器。換熱管和管板連接1.強(qiáng)度脹強(qiáng)度脹是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接。常用的脹接有非均勻脹接（機(jī)械滾珠脹接）和均勻脹接（液壓脹接、液袋脹接、橡膠脹接和爆炸脹接等）兩大類。換熱管與管板連接是管殼式換熱器設(shè)計(jì)、制造最關(guān)鍵的技術(shù)之一，是換熱器事故率最多的部位。換熱管與管板連接的好壞，直接影響換熱器的使用壽命。機(jī)械滾珠脹接是最早的脹接方法，目前仍大量使用。強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計(jì)壓力小于等于4.0MPa；設(shè)計(jì)溫度小于等于300oC；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大溫度波動(dòng)及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。換熱管和管板連接2.強(qiáng)度焊強(qiáng)度焊接是指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接。此法目前應(yīng)用較為廣泛。由于管孔不需要開槽，且對(duì)管孔的粗糙度要求布告，管子端部不需要退火和磨光，因此制造加工簡(jiǎn)單。焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)。在高溫下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。除有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，只要材料可焊性好，強(qiáng)度焊接可用于其他任何場(chǎng)合。管子與薄管板