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总结!!换热器详解(二)

发布时间:2019-11-06 17:33人气:

  1、管式换热器的结构形式

  (1)列管式换热器(管壳式换热器)

  它结构紧凑,单位体积所具有的传热面积较大(40~150m2/m3),传热效果好,适应性强,操作弹性大,尤其适用于高温、高压和大型装置中,是管式换热器中应用最普遍的换热器。

  在列管式换热器中,由于管内外流体温度不同,使管束和壳体的受热程度不同,导致它们的热膨胀程度出现差别。若两流体温差较大,就可能由于热应力而引起设备的变形,管子弯曲甚至破裂,严重时从管板上脱落。因此当两流体的温度差超过50℃时,就应从结构上考虑热膨胀的影响,采取相应的热补偿措施。根据热补偿方法的不同,列管式换热器分为三种形式。

  (2)固定管板式换热器

  它是将两端管板和壳体连接在一起,因而具有结构简单,造价低廉的优点,但由于壳程清洗和检修困难,管外物料应清洁、不易结垢 。对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈(或称膨胀节),通过补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)来适应外壳和管束不同的膨胀程度,如图示。这种补偿方法简单但有限,只适用于两流体温差小于70℃,壳程流体压强小于0.6MPa的场合。

  2、浮头式换热器

  它是将一端管板与壳体相连,而另一端管板不与壳体固定连接,可以沿轴向自由浮动,如图示。这种结构不但可完全消除热应力,而且在清洗和检修时整个管束可以从壳体中抽出。因而尽管其结构复杂,造价高,但应用较为普遍。

  3、U型管式换热器

  它是将每根管子都弯成U型状,两端固定在同一管板的两侧,管板用隔板分成两室,如图示。这种结构使得每根管子可以自由伸缩,与其它管子和壳体无关,从而解决了热补偿问题。这种换热器结构简单,可用于高温高压,但管程不易清洗,而且因管子需要一定的弯曲半径,故管板的利用率低。

  4、蛇管式换热器

  (1)沉浸式蛇管换热器

  蛇管多以金属管弯绕而成,或制成适应各种容器需要的形状,沉浸在容器中。两种流体分别在管内外流动通过蛇管表面进行换热,如图所示。其优点是结构简单,制造方便,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造。缺点是容器内液体湍动程度低,管外对流传热系数小,传热效果可通过增设搅拌提高,此外传热面积有限,主要用于传热量不大的容器中。

  (2)喷淋式蛇管换热器

  如图示,将蛇管成排地固定在支架上,冷却水由最上层管的喷淋装置中均匀淋下,沿管表面流过,与管内热流体换热。其优点是传热效果较沉浸式好,传热面积大而且可以改变,检修和清洗方便。缺点是喷淋不易均匀。

  主要用于管内流体的冷却,常设置在室外空气流通处,

  5、套管式换热器

  将两种直径不同的直管制成同心套管,根据换热要求将若干段套管连接组合而成,如图示。

  每段套管称为一程,长约4~6m,每程的内管依次与下一程的内管用U型弯头连接,外管之间也由管子连通,可同时几排并列,每排与总管相连。换热时一种流体走管内,另一种流体走环隙,而且两种流体可始终保持逆流换热,Δtm大。适当选择两管的直径,两流体可得到较高的流速,故一般具有较高的传热系数。其优点是结构简单,能耐高压,传热面积易于增减;缺点是设备结构不紧凑,金属耗用量大,一般用于换热量不大的场合。

  翅片管式换热器

  它是在管的表面上加装一定形式的翅片,有横向和纵向两类。

  翅片管换热器主要用于两种流体的对流传热系数相差较大时,在h小的一侧加装翅片,从而增大传热面积,提高流体的湍动程度,以提高对流传热系数。

  为了使换热器结构更为紧凑,提高单位体积的传热面积,增加传热效果,以及适应某些工艺过程的需要等,开发了以板状作为传热面积的换热器,称为板式换热器。

  1、平板式换热器

  由一组长方形的金属薄板平行排列在一起,采用夹紧装置组装于支架上而构成,见图。而相邻板间的边缘衬有垫片(橡胶或压缩石棉等),压紧后板内形成密封的液体通道。每块板的4个角上有圆孔,其中一对圆孔和板间相通,而另外一对圆孔通过加装垫片和板内相隔,在相邻板上错开以分别形成两流体通道,从而使两流体交错地流过板片两侧通过板片进行换热。板厚通常为0.5~3mm,板面压制成波纹状,两板间距4~6mm,材质一般为不锈钢。

  特点是:

  (1)总传热系数高。因板面压制成波纹状,流动湍动程度大,污垢热阻小,在低雷诺数(Re=200左右)下即达到湍流,而且板薄,因而K值可达到1200~1500W/m2·K。

  (2)结构紧凑。由于板薄而且两板间距小,因而单位体积提供的传热面积大,可达到250~1000m2/m3,金属耗用量少。

  (3)操作灵活性大。因具有可拆结构,根据生产需要通过调节板数增减传热面积,检修和清洗方便。

  (4)两流体严格成逆流,Δtm大,传热推动力大。

  主要缺点是允许的操作压强和温度低。因板薄压强高容易变形,垫片压强高时容易渗漏,所以操作压强不超过2MPa,因受垫片材料的耐热性限制,操作温度对橡胶垫不超过130℃,石棉垫不超过250℃。此外流通截面积小,故处理量小。自20世纪50年代以来,主要应用于轻工、食品等行业。

  2、螺旋板式换热器

  它是由两张互相平行的薄金属板,卷制成同心的螺旋形通道。在其中央设置隔板将两通道隔开,两板间焊有定距柱以维持通道间距,螺旋板两侧焊有盖板和接管。两流体分别在两通道内流动,通过螺旋板进行换热,见图。

  分为I型、II型、III型和G型等几种形式。

  特点是:

  (1)总传热系数高 由于流体在螺旋形通道内受到惯性离心力的作用和定距柱的干扰,低雷诺数(Re=1400~1800)下即可达到湍流,允许流速大(液体为2m/s,气体为20m/s),故传热系数大。如水对水换热过程K=2000~3000W/m2·K。

  (2)不易结垢和堵塞 由于流速较高且在螺旋形通道中流过,有自行冲刷作用,故流体中的悬浮物不易沉积下来。

  (3)能利用低温热源 由于流道长而且两流体可达到完全逆流,因而传热温差大,能充分利用温度较低的热源。

  (4)结构紧凑 由于板薄2~4mm,单位体积的传热面积可达到150~500m2/m3。

  主要缺点是操作压强不能超过2MPa,操作温度在300~400℃以下,另外因整个换热器焊为一体,一旦损坏检修困难。螺旋板换热器直径在1.5m之内,板宽200~1200mm,板厚2~4mm,两板间距5~25mm,可用普通钢板和不锈钢制造,目前广泛用于化工、轻工、食品等行业。

  3、板翅式换热器

  板翅式换热器的结构型式很多,但是基本结构是由平行隔板和各种型式的翅片构成的板束组装而成,如图示。

  在两块平行薄金属之间,夹入波纹状或其它形状的翅片,两边以侧条密封,即组成为一个换热单元体。将各单元体进行不同的叠积和适当的排列,并用钎焊固定,成为并流、逆流、错流的板束(或称蕊部)。然后再将带有流体进出口接管的集流箱焊在板束上,即成为板翅式换热器。常用的翅片为光直型、锯齿型和多孔型三种型式。

  板翅式换热器一般用铝合金制造,结构紧凑、轻巧,单位体积传热面积可达到2500~4000m2/m3,传热系数高,空气的对流传热系数可达到350W/m2·K,承压可达5MPa。但容易堵塞,清洗困难,不易检修,适用于清洁和无腐蚀性流体的换热。现已在石油化工、气体分离等工业中得到应用。

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