管束換熱器

管束式換熱器的換熱管內(nèi)組成的流體通道稱為管程，換熱管外組成的流體通道稱為殼程。一種工質(zhì)由封頭端的進(jìn)口接管進(jìn)入傳熱管內(nèi)，其流程可根據(jù)工藝要求實現(xiàn)一管程、二管程和四管程結(jié)構(gòu)；另一種工質(zhì)由殼體一端的進(jìn)口接管進(jìn)入殼體內(nèi)并均勻地分布于傳熱管外，其流動狀態(tài)可根據(jù)工藝要求在管束中設(shè)置不同型式和數(shù)量的折流板。2個不一樣溫度的工質(zhì)進(jìn)入換熱器內(nèi)，溫度相對高的工質(zhì)經(jīng)過換熱管壁把熱量傳遞給溫度相對低的工質(zhì)，溫度相對高的工質(zhì)被冷卻，溫度相對低的工質(zhì)被加熱，進(jìn)而完成兩流體換熱工藝的目標(biāo)。

管殼式換熱器一般有3種結(jié)構(gòu)型式:固定管板式、浮頭式和U形管式。由于換熱器的使用場合、使用目的、換熱介質(zhì)物性等因素的不同,決定了管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)型式。

管束換熱器固定管板式

固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價低,往往是管板兼法蘭,適用于管、殼程溫差不大或管、殼程溫差大,但壓力不高,殼程介質(zhì)干凈或雖結(jié)垢但通過化學(xué)清洗能清除的場合。其主要缺點是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時,在殼體與管中將產(chǎn)生很大的溫差應(yīng)力。

管束換熱器浮頭式

浮頭式換熱器管束一端的管板可以自由移動,不受溫差應(yīng)力的影響,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,內(nèi)浮頭密封困難,鍛件多,造價高。維修時可拆卸浮頭,抽出管束進(jìn)行檢修或更換,適用于管、殼程溫差大但工作壓力不超過10MPa的工況,缺點是需要抽出管束。還有一種浮頭式換熱器也成為填料函式換熱器,其管束可自由伸縮,殼程和管程都可以拆開清洗,結(jié)構(gòu)簡單,適用管、殼程溫差大工況,但其耐壓、耐溫及密封能力差,目前只是在低壓與小直徑的場合下使用。

管束換熱器U形管式

U形管式換熱器管束可自由伸縮,只有一塊管板,密封面少,管束與殼體分離,消除了溫差應(yīng)力,可抽芯檢修更換。適用場合為管、殼程溫差大,高溫,高壓。殼程需抽芯清洗,管內(nèi)介質(zhì)干凈或雖會結(jié)垢但通過化學(xué)清洗能清除。

換熱器是化工、石油、能源等各工業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單元設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計,在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30%,在煉油廠中占全部工藝設(shè)備的40%左右,海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。對國外換熱器市場的調(diào)查表明,雖然各種板式換熱器的競爭力在上升,但管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位約64%。新型換熱元件與高效換熱器開發(fā)研究的結(jié)果表明,列管式換熱器已進(jìn)入一個新的研究時期,無論是換熱器傳熱管件,還是殼程的折流結(jié)構(gòu)都比傳統(tǒng)的管殼式換熱器有了較大的改變,其流體力學(xué)性能、換熱效率、抗振與防垢效果從理論研究到結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面也均有了新的進(jìn)步。

管束換熱器管束

在管殼式換熱器中最簡單的是單管程的換熱器,如需增加傳熱面,一般采用增加管數(shù)的方法,管數(shù)增加后可將管束分程,以防止管數(shù)增加后引起管內(nèi)流速以及傳熱系數(shù)的降低,從制造、安裝、操作的角度考慮,一般采用偶數(shù)管程且程數(shù)不宜太多。

管束換熱器殼程

右圖1中列出了幾種代號的殼程型式。E型是最普通的一種,殼程是單程的,管程可為單程也可59天津建設(shè)科技2007增刊建筑技術(shù)為多程;F型為二殼程的換熱器,是在殼體中裝入了一塊平行于管子軸線方向的縱向隔板;G型也為二殼程的換熱器,縱向隔板從管板的一段移開使殼程流體得以分流;H型與G型相似,但進(jìn)出口接管與縱向隔板均多一倍。

管束換熱器管束排列方式

管束在管板上的排列方式最常見的有4種:正三角排列、轉(zhuǎn)角正三角形排列、正方形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列。

管束換熱器管板

管板是換熱器的重要部件之一,用來排布換熱管并起著分隔管程、殼程空間的作用。薄管板有著節(jié)省材料的優(yōu)點,是用于中、低壓換熱器中;橢圓形管板與換熱器的殼焊接在一起,受力條件較好,適用于高壓、大直徑的換熱器。

管束換熱器折流板折流桿

折流板體有助于提高殼程的流速,增強(qiáng)湍動,改善傳熱,在臥式換熱器中起支承管束的作用。常用的折流板有單弓形、雙弓形、三重弓形等。折流桿是一種新型支承管子的結(jié)構(gòu),其優(yōu)點:在傳熱量相同的情況下,其壓力降比弓形折流板的換熱器降低50%以上,沒有傳熱死區(qū),結(jié)垢速率慢,防止了橫向流誘發(fā)的振動。

提高管束式換熱器傳熱能力的措施

管束式換熱器的傳熱能力是由殼程換熱系數(shù)、管程換熱系數(shù)和換熱器冷、熱介質(zhì)的對數(shù)平均溫差決定的,因此,提高管束式換熱器傳熱能力的措施包括以下幾點。

(1)提高管束式換熱器冷、熱介質(zhì)的平均對數(shù)溫差。

冷、熱介質(zhì)平均對數(shù)溫差除直接受冷、熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度影響外,還受到冷、熱介質(zhì)的流動方向和換熱流程的影響。當(dāng)換熱器冷、熱流體的溫度沿傳熱面變化時,兩種流體逆流平均溫差最大,順流平均溫差最小,在實際換熱器設(shè)計中,冷、熱流體多采用交錯流方式,其平均對數(shù)溫差介于逆流和順流之間。因此,應(yīng)盡量增加換熱器冷、熱流體的逆流比例,提高冷、熱流體的對數(shù)平均溫差,提高換熱器的傳熱能力。

(2)合理確定管程和殼程介質(zhì)。

在換熱器設(shè)計中,對于殼程安裝折流板的換熱器來說,Re>100時,殼程介質(zhì)即達(dá)湍流,因此,對于流量小或粘度大的介質(zhì)優(yōu)先考慮作為殼程換熱介質(zhì);由于管程清洗相對于殼程清洗要容易,因此對于易結(jié)垢、有沉淀及雜物的介質(zhì)宜走管程;從經(jīng)濟(jì)性考慮,對于高溫、高壓或腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì),作為管程換熱介質(zhì)更加合理;對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器,若冷、熱介質(zhì)溫差大,因壁面溫度與換熱系數(shù)大的介質(zhì)溫度接近,為減小管束與殼體的膨脹差,換熱系數(shù)大的介質(zhì)走殼程更加合理,而冷、熱介質(zhì)溫差小,兩介質(zhì)換熱系數(shù)相差大,換熱系數(shù)大的介質(zhì)走管程更加合理。

(3)采用強(qiáng)化管殼式換熱器傳熱的結(jié)構(gòu)措施。

在換熱器設(shè)計中,通常采用強(qiáng)化傳熱的措施來提高換熱器的傳熱能力。強(qiáng)化傳熱的常用措施有:采用高效能傳熱面、靜電場強(qiáng)化傳熱、粗糙壁面、攪拌等。

第一篇 管束類型、流路與進(jìn)展

第二篇 折流桿換熱器與孔板式縱向流換熱器

第三篇 針翅管管束的傳熱與針翅溫度場

第四篇 高溫管束傳熱

第五篇 管束流體誘導(dǎo)振動2100433B

本書介紹管殼式換熱器的管束類型、結(jié)構(gòu)、流體力學(xué)與傳熱以及管束流體誘導(dǎo)振動。其內(nèi)容圍繞“管束”這一結(jié)構(gòu)，這是管殼式換熱器的核心，在國內(nèi)外，無論是理論還是設(shè)計方面都還十分薄弱。本書論證了分流工和雙殼程管束，縱向流折流桿管束和折流桿冷凝、沸騰，無折流板（桿）針翅管束等這一系列新型結(jié)構(gòu)的管束流體流動和傳熱；還介紹了高溫管束的輻射傳熱計算和“輻射－對流－導(dǎo)熱”傳熱強(qiáng)化；最后介紹了管束流體再分布彈性不穩(wěn)定誘導(dǎo)振動的機(jī)理和方程。內(nèi)容新穎，而且結(jié)合作者數(shù)十年的科研成果編寫成，大多數(shù)論文已發(fā)表在國內(nèi)外主要刊物上，且部分論文已收錄入國際三大檢索EI和ISTP中。