淺析管殼式換熱器應(yīng)用普遍的原因

     關(guān)閉其中管殼式換熱器雖在熱效率、緊湊性、金屬消耗量等方面均不如板式換熱器，但它卻具有結(jié)構(gòu)堅固、可靠程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、材料范圍廣等特點，因此成為石油、化工生產(chǎn)中，尤其是高溫、高壓和大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式。

      管殼式換熱器主要有固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、填函式換熱器和U型管式換熱器，而其中固定管板式換熱器由于結(jié)構(gòu)簡單，造價低，管殼式換熱器因此應(yīng)用普遍。 管殼式換熱器在化工企業(yè)中管殼式換熱器的類型很多，如板式，套管式，蝸殼式，管殼式。其中管殼式換熱器雖在熱效率、緊湊性、金屬消耗量等方面均不如板式換熱器，但它卻具有結(jié)構(gòu)堅固、可靠程度高、適應(yīng)性強(qiáng)、材料范圍廣等特點，因此成為石油、化工生產(chǎn)中，尤其是高溫、高壓和大型換熱器的主要結(jié)構(gòu)形式。管殼式換熱器主要有固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、填函式換熱器和U型管式換熱器，而其中固定管板式換熱器由于結(jié)構(gòu)簡單，造價低，管殼式換熱器因此應(yīng)用普遍。

介紹管殼式換熱器的傳熱知識

管殼式換熱器是工業(yè)中應(yīng)用廣泛、運用可靠性良好的一種換熱設(shè)備。在二十世紀(jì)六、七十年始了強(qiáng)化技術(shù)的研究。強(qiáng)化傳熱主要有兩種途徑:

(1)增大傳熱面積,但換熱器的傳熱面積不可能制地增大,否則投資費用會大大增加,并且隨著工業(yè)化的進(jìn)展,設(shè)備要緊湊化;

(2)提高傳熱系數(shù),主要從管程和殼程傳熱強(qiáng)化系數(shù)的提高方面上考慮。許多科研工作者已經(jīng)在這一方面上進(jìn)行了大量的研究,并且取得了很大的成效。本文主要討論了管殼式換熱器管程的強(qiáng)化傳熱———改變管子外形或在管內(nèi)加入插入物,介紹了螺旋槽管、橫紋管、螺旋扁管、管內(nèi)插入物、翅片管、縮放管和三維內(nèi)肋管等多種強(qiáng)化傳熱管的研究進(jìn)展。

1螺旋槽管

螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內(nèi)凸的異形管,管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù),起到雙邊強(qiáng)化的作用。根據(jù)在光管表面加工螺旋槽的類型螺旋槽管有單頭和多頭之分,其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有槽深e、槽距p和槽旋角β。美國、英國、日本從1970年至1980年間對螺旋槽管進(jìn)行了大量的研究[1]。華南理工大學(xué)、北京理工大學(xué)和重慶大學(xué)也對螺旋槽管進(jìn)行試驗研究,而且都取得顯著的成效。此外,研究還表明單頭螺旋槽管比多頭螺旋槽管的性能好。

2橫紋管

1974年前蘇聯(lián)首先提出橫紋管,它是一種用普通圓管作毛胚,在管外壁經(jīng)簡單滾軋出與軸線垂直的凹槽,同時在管內(nèi)形成一圈突起的環(huán)肋。其強(qiáng)化機(jī)理為:當(dāng)管內(nèi)流體經(jīng)橫向環(huán)肋時,管壁附近形成軸向漩渦,增加了邊界層的擾動,有利于熱量通過邊界層的傳遞。當(dāng)渦流即將消失時,流體又流經(jīng)下一個橫肋,不斷產(chǎn)生軸向渦流,因而保持連續(xù)且穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。

3螺旋扁管

螺旋扁管是瑞士Allares公司首先提出、美國Brown公司經(jīng)過改進(jìn)的一種換熱管。由于管子的結(jié)構(gòu),流體在管內(nèi)處于螺旋流動,促湍流程度。

管殼式換熱的防腐保溫及檢查問題

①換熱設(shè)備和與其連接的管道防腐要求由設(shè)計確定，對防腐涂料的品種、顏色、涂刷層數(shù)等應(yīng)符合設(shè)計要求。當(dāng)設(shè)計對涂料種類及層數(shù)無規(guī)定時，可按以下建議采用：對于明裝無保溫的管道和換熱設(shè)備的支座(架)，涂一遍防銹漆，兩遍面漆；有保溫的換熱設(shè)備及其連接的管道，應(yīng)涂兩遍防銹漆后再進(jìn)行保溫。

②換熱設(shè)備出廠前應(yīng)由生產(chǎn)廠家進(jìn)行防腐作業(yè)，一般是噴涂防腐漆兩遍。設(shè)備運輸和進(jìn)場后的吊裝、保溫都要注意保護(hù)防腐層，安裝完畢要做一次仔細(xì)檢查，對受損的防腐要進(jìn)行修補(bǔ)。補(bǔ)漆應(yīng)是厚涂漆種，先涂底漆，干透后再涂兩道面漆。

③換熱設(shè)備及與其連接的管道和支座防腐質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是：油漆種類和涂刷遍數(shù)應(yīng)符合設(shè)計要求；防腐層附著良好，無脫皮、起泡和漏涂現(xiàn)象；漆膜厚度均勻、色澤一致，無流淌和污染現(xiàn)象。整體換熱機(jī)組由于板片波紋表面的特殊作用，使流體沿著狹窄彎曲的通道流動其速度的大小方向不斷的改變，致使流體在不大的流速下，激起了強(qiáng)烈端動，因而加快了流體邊界層的破壞，強(qiáng)化了傳熱過程，有效地提高了傳熱能力。 并使其具有結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量低、操作靈活性大、熱損失小、安裝、檢查拆洗方便、耐腐性強(qiáng)、使用壽命長等突出優(yōu)點。

容積式換熱器設(shè)備的保溫

①容積式換熱器設(shè)備及與其連接的管道保溫的具體要求應(yīng)由設(shè)計文件確定。保溫材料的名稱、主要技術(shù)參數(shù)、厚度及保護(hù)層的材料名稱、規(guī)格、做法和顏色等均應(yīng)符合設(shè)計要求。

②換熱設(shè)備保溫常用的做法

　　在通道里面冷熱流體間隔流動，可以逆流也可以順流，在流動過程中冷熱流體通過板壁進(jìn)行熱交換。整體換熱機(jī)組的流程組合形式很多，都是采用不同的換向板片和不同組裝來實現(xiàn)的，流程組合形式可分為單流程，多流程和汽液交換流程，混合流程形式。

管殼式換熱器該如何選用？　　

　一、工藝條件

　1、壓力降

　增加工藝物流流速，可增加傳熱系數(shù)，但關(guān)系到換熱器的壓力降，使磨蝕和振動破壞加劇等。

　2、溫度

　冷卻水的出口溫度不宜高于60℃，以免結(jié)垢嚴(yán)重。高溫端的溫差不應(yīng)小于20℃，低溫端的溫差不應(yīng)小于5℃。

　當(dāng)兩工藝物流之間進(jìn)行換熱時，低溫端的溫差不應(yīng)小于20℃。

　在冷卻或者冷凝工藝物流時，冷卻劑的入口溫度一般高于5℃。在對反應(yīng)物進(jìn)行冷卻時，為控制反應(yīng)，應(yīng)維持反應(yīng)物流和冷卻劑之間的溫差不低于10℃。

　二、換熱器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

　管殼式換熱器的設(shè)計已經(jīng)很成熟，從結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度計算，都有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范和計算方法。對換熱器殼程主要組合部件的分類和代號的規(guī)定，可對管殼式換熱器型號進(jìn)行表示。

　當(dāng)高溫、高壓操作、處理量較大時，強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的可靠性很重要，這時建議大家選用管殼式換熱器。

　三、結(jié)構(gòu)參數(shù)

　1、管的結(jié)構(gòu)參數(shù)

　為滿足允許的壓力降，一般推薦選用19mm的管子。對于易結(jié)構(gòu)的物料，為方便清洗，采用外徑為25mm的管子。管子在管板上的配布主要是正方形配布和三角形配布兩種形式。三角形的配布有利于殼程物流的湍流。正方形配布有利于殼程的清洗。

　2、管程數(shù)和殼程型式

　管程數(shù)有1~12程幾種，管程數(shù)增加，管內(nèi)流速增加，給熱系數(shù)也隨之增加。但會受到壓力降的影響，管內(nèi)流速有一定的限制。水和類似水的溶液流速一般取1~2.5m/s.氣體和蒸汽的流速可在8~30m/s之間選取。

　3、殼程折流板

 折流板可以改變殼程流體的方向，使其垂直于管束流動，獲得較好的傳熱效果。折流板模式可分為圓缺型折流板、環(huán)盤形折流板以及孔式折流板。