管殼式換熱器設(shè)計(jì)所需考慮的因素

允許壓力降的選擇

選擇較大的壓力降可以提高流速，從而增強(qiáng)傳熱效果減少換熱面積。但是較大的壓力降也使得泵的操作費(fèi)用增加。合適的壓力降值需要以換熱器年總費(fèi)用為目標(biāo)，反復(fù)調(diào)整設(shè)備尺寸，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算而得出。

在大多數(shù)設(shè)備中，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一側(cè)的熱阻明顯的高于另一側(cè)，此側(cè)的熱阻成為控制熱阻?？蓺こ痰臒嶙枋强刂苽?cè)時(shí)，可以用增加折流板塊數(shù)或者縮小殼徑的方法，來(lái)增加殼側(cè)流體流速、減少傳熱熱阻，但是減少折流板間距是有限制的，一般不能小于殼徑的1/5或50mm。當(dāng)管程的熱阻是控制側(cè)時(shí)，則依靠增加管成熟來(lái)增加流體流速。管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管箱管箱的長(zhǎng)度a內(nèi)側(cè)深度①向開孔的單管程管箱，開口中心處的深度應(yīng)不小于接管內(nèi)直徑的1/3②管程的內(nèi)外側(cè)深度應(yīng)保證兩程之間的流通面積不小于每程換熱管流通面積的1。

在處理粘稠物料時(shí)，如果流體處于層流流動(dòng)則將此物料走殼程。由于在殼程的流體流動(dòng)易達(dá)到湍流狀態(tài)，這樣可以得到較高的傳熱速率，還可以改進(jìn)對(duì)壓力降的控制。

螺紋管性能特點(diǎn)

在管子類型中，螺紋管屬于管外擴(kuò)展表面的類型，在普通換熱管外壁軋制成螺紋狀的低翅片，用以增加外側(cè)的傳熱面積。螺紋管表面積比光管可擴(kuò)展1.6-2.7倍，與光管相比，

當(dāng)管外流速一樣時(shí)，殼程傳熱熱阻可以縮小相應(yīng)的倍數(shù)，而管內(nèi)流體因管徑的減小，則壓力降會(huì)略有增大。螺紋管比較適宜于殼程傳熱系數(shù)相當(dāng)于管程傳熱系數(shù)1/3-3/5的工況。

波紋管換熱器的性能特點(diǎn)

以改變管內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)、增強(qiáng)傳熱效果的典型管形為波紋管、內(nèi)插物管。波紋管是在無(wú)切削的機(jī)加工中，管內(nèi)被擠出凸肋從而改變了管內(nèi)壁滯流層的流動(dòng)狀態(tài)，減少了流體傳熱熱阻，增強(qiáng)了傳熱效果。

折流桿換熱器的性能特點(diǎn)

折流桿換熱器、雙弓板換熱器、盤環(huán)式換熱器、旋流式換熱器等，都屬于通過(guò)殼程管束支撐件、大幅度降低阻力提高流速或改變流動(dòng)方式從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。折流桿換熱器每根換熱管的四個(gè)方向上，用折流桿加以固定，具有很好的防震性能。

管殼式換熱器

波形膨脹節(jié)

在固定管板換熱器中，為避免殼體和換熱管拉伸破壞，換熱管失穩(wěn)，換熱管從管板上拉脫，因此，必須在殼體中間設(shè)一撓性補(bǔ)償元件——膨脹節(jié)，以降低殼體與換熱管的軸向載荷，且可降低熱膨脹差所引起的管板應(yīng)力，從而適當(dāng)?shù)販p薄管板厚度。

換熱器用膨脹節(jié)的型式

膨脹節(jié)的形式較多，按截面的形狀，有U 型、Ω形，S 型等，在固定管板式換熱器中，采用也普遍的是U 形波形膨脹節(jié)。

U 形膨脹節(jié)主要由波形管、直邊段兩部分組成，需要時(shí)還可能設(shè)內(nèi)襯筒，加強(qiáng)環(huán)等，見圖所示：

換熱器用膨脹節(jié)也可分為單層和多層膨脹節(jié)

a) 對(duì)于固定管板換熱器，在保證設(shè)計(jì)要求的承載能力，補(bǔ)償呈剛度和疲勞壽命的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用單層波形膨脹節(jié)。

b) 在下列情況子下，可選用多層波形膨脹節(jié)

1）須承受較高壓力，且要求較大的位移補(bǔ)償能力；

2）承受較高的疲勞壽命的要求；

采用多層波形膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如下：

1) 柔性好，補(bǔ)償能力高；

2) 疲勞壽命比單層結(jié)構(gòu)高（國(guó)外資料介紹是單層的6 倍）；

3) 結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省材料；

4) 在高壓情況下，不會(huì)突然，不易有危險(xiǎn)性。

管殼式換熱器類型：

管殼式換熱器由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過(guò)50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。并且還有可降低管孔加工要求，節(jié)約加工工時(shí)，檢修方便等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)優(yōu)先采用。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：

固定管板換熱器

結(jié)構(gòu)：管束連接在管板上，管板與殼體相焊。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊促，能承受較高壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)方便堵管或更換。排管數(shù)比U形管換熱器多。

缺點(diǎn)：管束與殼體的壁溫或材料的線脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，為此應(yīng)需要設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)）。不能抽芯無(wú)法進(jìn)行機(jī)械清洗。不能更換管束，維修成本較高。

適用范圍：殼程側(cè)介質(zhì)清潔不易結(jié)垢，不能進(jìn)行清洗，管程與殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合。