管壳式换热器结构型式经济性比较

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2009-1-6 10:33:49 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器

管壳式换热器操作适应性广,坚固耐用,可处理壳程压力30MPa、管程压力65MPa以下以及温度为-196~+600℃的物料,采用特殊设计或材料,其操作范围还可扩大。

1 管壳式换热器基本类型
(1)固定管板式换热器 结构简单紧凑,往往是管板兼法兰。适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差大,但压力不高,壳程介质干净或虽结垢,但通过化学清洗能清除的场合。
(2)浮头式换热器 管束一端的管板可以自由浮动,不受温差应力的困扰,其结构复杂,内浮头密封困难,锻件多,造价高。维修时可只更换管束,适用于管、壳程温差大但工作压力不超过10MPa的工况,缺点是需要抽出管束。
(3)U形管式换热器 管束可自由伸缩,只有1块管板,密封面少,可抽芯维修更换。适用场合为管、壳程温差大,高温,高压。壳程需抽芯清洗,管内介质干净或虽会结垢,但通过化学清洗能清除。
(4)填函式换热器 管束可自由伸缩,壳程和管程都可以拆开清洗,结构简单,适用管、壳程温差大工况。耐压、耐温及密封能力差,工作压力不超过4 0MPa,不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质。
(5)釜式重沸器 壳体上部作为蒸汽空间,相当于1块理论塔盘,热源由浮头或U形管束提供,适用场合为管壳程温差大,压力不受限制,塔底空间较小,汽化率30%~80%,重沸器工艺介质的液相作为产品或分离要求高,但安装空间受限制。用作蒸汽发生器时,对蒸汽品质要求不高。

2 换热管
换热管是管壳式换热器的传热元件,采用高效传热元件是改进换热器传热性能最直接有效的方法。国内已使用的换热管有以下几种。(1)螺纹管 螺纹管也称低翅片管,用光管轧制而成,适用于管外热阻为管内热阻1.5倍以上的单相流及渣油、蜡油等粘度大,腐蚀易结垢物料的换热。(2)T形翅片管 用于管外沸腾时,可有效降低物料泡核点,沸腾给热系数提高1.6~3.3倍,是蒸发器、重沸器的理想用管。(3)表面多孔管 该管为光管表面形成1层多孔性金属敷层,该敷层上密布的小孔能形成很多汽化中心,强化沸腾传热。(4)螺旋槽纹管 可强化管内物流间的传热,物料在管内靠近管壁部分流体顺槽旋流,另一部分流体呈轴向涡流,前一种流动有利于减薄边界层,后一种流动分离边界层并增强流体扰动,传热系数提高1.3~1.7倍,但阻力降增加1.7~2.5倍。(5)波纹管 为挤压成形的不锈钢薄壁波纹管,管内、外都有强化传热的作用,但波纹管换热器承压能力不高,管心距大排管少,壳程短路不易控制。


3 管壳式换热器特殊结构
(1)双壳程结构 在换热器管束中间设置纵向隔板,隔板与壳体内壁用密封片阻挡物流内漏,形成双壳程。适用场合:①管程流量大壳程流量小时,采用此结构流速可提高一倍,给热系数提高1.2~1.倍。②冷热物流温度交叉时,单壳程换热器需要台以上才能实现传热,用1台双壳程换热器不仅可以实现传热,而且可得到较大传热温差。
(2)螺旋折流板换热器 螺旋折流板可防止死区和返混,压降较小。物流通过这种结构换热器时温度存在明显的径向变化,故不适用于有高热效率要求的场合。
(3)双管板结构 在普通结构的管板处增加个管板,形成的双管板结构用于收集泄漏介质,防止两程介质混合。
(4)高温高压密封结构 ①金属环垫(八角垫或椭圆垫)。该结构加工简单,密封可靠,但对于大直径、高压加氢换热器金属耗量大、金属垫难以加工且密封不可靠。此种结构适用于压力为6~9MPa直径小于1000mm的工况。②螺纹锁紧环结构。同钢垫圈密封结构相比,其优点为密封可靠性好,金属耗量较少。但机加工件较多,结构复杂,设计计算繁琐,造价昂贵,不能准确排除管壳程间介质内漏,拆卸检修比较复杂。结构见图1。



③密封盖板封焊型这种结构具有螺纹锁紧环结构所具备的许多优点,不同的是,它的管箱部分密封是靠在盖板外周上施行密封焊来实现。④Ω环密封结构。1种新型高压换热器密封结构,其优点是主螺栓预紧载荷和操作载荷较小,减小了设备法兰与主螺栓的尺寸和质量;拆卸检修方便、密封可靠;制造简单,造价低以及直径、压力、温度适用范围广。其结构见图2。




4 3种换热器综合性能对比3种换热器综合对比见表1,表中紧凑性是换热器总传热面积与其体积的比值,该值越大占地面积越小。经济性是指单位传热面积的金属耗量,该值越小造价越低。价格比指相同工况和材料下的相对价格比,并以固定管板作为基数。表中换热器采用公称压力2.5MPa,6000mm管长作对比。 




 在同等条件下,固定管板式换热器结构最紧凑,U形管式和浮头式换热器相当。固定管板式换热器最经济,浮头式换热器较差。若工况允许,选择换热器的次序为固定管板式、U形管式、浮头式。

5 结语
20世纪管壳式换热器的发展取得了巨大进步,但制约管壳式换热器安全长周期使用的关键问题仍有待于进一步研究:①长周期运行中的腐蚀与防腐以及防腐材料的研究。②传热与流体力学更深层次的研究及其软件开发。③强化传热技术与传热元件的研究开发,减少结垢、易于清洗、具有很高的传热 流体力学性能和抗振性能是研究方向。④简单可靠的高温高压密封技术研究与开发。⑤研究更为可靠的制造方法,以有效保证换热管与管板连接的质量。



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