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并且能够实现余热回收和节能冷却器

文章出处:未知 人气:发表时间:2021-01-08 10:47

  管壳式换热器的工作原理及结构_机械/仪表_工程科技_专业资料。管壳式换热器的工作原理及结构 随着科技高速发展的今天, 换热器已广泛应用国内各个生产领域,换热器跟 人们生活息息相关。 换热器顾名思义就是用来热交换的机械设备。换热器是一种 非常重要的换热设备, 能够

  管壳式换热器的工作原理及结构 随着科技高速发展的今天, 换热器已广泛应用国内各个生产领域,换热器跟 人们生活息息相关。 换热器顾名思义就是用来热交换的机械设备。换热器是一种 非常重要的换热设备, 能够把热量从一种介质传递给另一种介质,在各种工业领 域中有很广泛的应用。尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用 更广泛。换热器能够充分利用工业的二次能源,并且能够实现余热回收和节能。 换热器分为很多类型, 管壳式换热器是很普遍的一种。管壳式换热器的传热强化 技术主要包括管程和壳程的传热强化研究。 本文对管壳式换热器的原理进行简单 介绍。 一、管壳式换热器的工作原理 管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成,冷、热流体之间通 过管壁进行换热的换热器。 管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备, 在化工、 炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用,特别是在高温高 压和大型换热器中的应用占据优势。通常的工作压力可达 4 兆帕,工作温度 在 200℃以下, 在个别情况下还可达到更高的压力和温度。冷却器一般壳体直径在 1800 毫米以下,管子长度在 9 米以下,在个别情况下也有更大或更长的。 工作原理和结构 图 1 [固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造。A 流体从接管 1 流入壳体内,通过管间从接管 2 流出。B 流体从接管 3 流入,通过 管内从接管 4 流出。如果 A 流体的温度高于 B 流体,热量便通过管壁由 A 流体 传递给 B 流体;反之,则通过管壁由 B 流体传递给 A 流体。壳体以内、管子和 管箱以外的区域称为壳程,通过壳程的流体称为壳程流体 (A 流体) 。管子和管 箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B 流体) 。管壳式换热 器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形;管子为 直管或 U 形管。为提高换热器的传热效能,也可采用螺纹管、翅片管等。管子 的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转 45° 和同心圆形等多种形式,前 3 种 为常见。按三角形布置时,在相同直径的壳体内可排列较多的管子,以增加传 热面积,但管间难以用机械方法清洗,流体阻力也较大。管板和管子的总体称为 管束。 管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。 在管束中横向设置一些折流板, 引导壳程流体多次改变流动方向,有效地冲刷管子,以提高传热效能,同时对管 子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的 流通截面、加快流速,以提高传热效能,可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板, 将壳程分为 2 程和将管程分为 2 程、4 程、6 程和 8 程等。管壳式换热器的传热 系数,在水-水换热时为 1~2850 瓦每平方米每摄氏度〔W/(m(℃) 〕 ;用水 冷却气体时,为 10~280W/(m(℃) ;用水冷凝水蒸汽时,为 570~0W/(m (℃) 。 二、管壳式换热器的形式与结构 管壳式换热器是把管子与管板连接,再用壳体固定。它的形式大致分为 固 定管板式、釜式浮头式、U 型管式、滑动管板式、填料函式及套管式等几种。根 据介质的种类、压力、温度、污垢和其他条件,管板与壳体的连接的各种结构特 点,传热管的形状与传热条件,造价,维修检验方面等情况来选择设计制造各种 管壳式换热器。 1.固定管板式换热器 固定管板式换热器的两端管板,采用焊接方法与壳体连接固定。这种换热器 结构简单;喜爱相同的壳体直径内,排管多,比较紧凑;在有折流板得壳侧流 动中, 旁路小, 管程可以分成任一偶数程数。 由于两个管板呗换热管相互支撑, 与其他管壳式换热器相比, 管板薄,不仅造价低而且每根管子内侧都能进行清 洗。 2.浮头式换热器 浮头式换热器针对固定管板式换热器的缺陷在结构上做了改进, 两端管板只 有一端管板与壳体固定, 而另一端的管板可以在壳体内自由移动, 该端称为浮头。 这类换热器壳体和管束对膨胀是自由的,故当两种介质温差较大时,管束与壳体 之间不产生温差应力。 浮头端设计成可拆结的构,是管束可以容易地插入或抽出 (也有设计成不可拆的) ,这样为检修、清洗提供了方便。但结构较为复杂,而 且浮头端操作时无法知道泄流情况,冷却器所以在安装时要特别的注意其密封限制。 3.U 型管式换热器 U 型管式换热器仅有一块管板。 它是将管子弯成 U 型,管子两端固定在同 一块管板上。由于壳体和管子分开,管束可以自由伸缩,不会因管壁、壳壁之间 的温度差而产生热应力,热补偿性能好。管程为双管程,流程较长,流速较高, 传热性能好,承压能力强。U 型管式换热器,一般使用高温高压的情况下。尤其 在压力较高的情况下,在弯管段壁厚要加厚,以弥补弯管后管壁的减薄。 如壳程需要经常清洗的管束,则要求采用正方形排列,冷却器一般情况下都按三角 形排列,管程为偶数。 壳程内可按工艺要求设置纵向隔板组成双壳程换热器,以增加壳侧介质流 速,提高换热设备的传热效果。纵向隔板安装在平行于传热管方向(纵向隔板按 工艺要求决定) 4.填料函式换热器 对于一些腐蚀严重,温差较大而经常要更换管束的冷却器,采用填料 函式 换热器要比浮头式或固定式换热器优越的多。它是具有浮头式换热器的优点,有 克服了固定式换热器的缺点,结构较浮头简单,制造方便,易于检修清洗。 填料函式换热器的管板也仅有一端与壳体固定,另一端采用填料 函密封,它的管束也可以自由膨胀,所以也不需要考虑由于管壁、壳壁温度 引起的热应力。且管程和课程都能清洗,加工制造叫浮头简便,且造价较低。但 由于填料密封处易于泄露,故壳程压力不能过高,也不易于壳程内为易挥发、易 燃、易爆和有毒介质的场合。 目前所使用的填料函式换热器都较小,使用在直径 700mm 以下,大直径填 料函式换热器采用的很少,尤其在操作压力及温度较高的条件下就更少 5.其他形式换热器 滑动管板式填料函换热器滑动管板和单填料单式的结构。 管束可以从壳体中 抽出,易于清洗,但在填料内侧密封处,管程与壳程之间
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