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绝对优势。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。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。

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,排管最多,比较紧凑;在有折流板得壳侧流动中,旁路最小,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,管板最薄,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,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,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,管程与壳程之间仍会产生串流现象,当两种介质相混而不相容时,往往会产生事故。而单填料单式结构的结构形式,采用管、壳程完全隔离的填料函结构,解决了两程之间的串流现象,但为了能将管束从壳体中抽出,管箱法兰一定要做成可拆式的形式。以上几种结构,可按具体情况选用。填料一般可以采用油浸石棉。双填料函式管板式换热器。它是在一般滑动管板的基础上,对填料密封结构进行了改进,它不仅具有一般滑动管板的优点,而且密封性能更为可靠,与目前常用型式的浮头换热器相比,就有一定的特点,以内圈为主要密封,防止内漏及外漏,而以外圈为辅助密封。

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绝对优势。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。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。

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,排管最多,比较紧凑;在有折流板得壳侧流动中,旁路最小,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,管板最薄,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,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,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,管程与壳程之间仍会产生串流现象,当两种介质相混而不相容时,往往会产生事故。而单填料单式结构的结构形式,采用管、壳程完全隔离的填料函结构,解决了两程之间的串流现象,但为了能将管束从壳体中抽出,管箱法兰一定要做成可拆式的形式。以上几种结构,可按具体情况选用。填料一般可以采用油浸石棉。双填料函式管板式换热器。它是在一般滑动管板的基础上,对填料密封结构进行了改进,它不仅具有一般滑动管板的优点,而且密封性能更为可靠,与目前常用型式的浮头换热器相比,就有一定的特点,以内圈为主要密封,防止内漏及外漏,而以外圈为辅助密封。


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