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中央空調換熱器之殼管式換熱器

文章出處:未知 人氣:發表時間:2019-12-01
管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封鎖在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器構造較簡單,操作牢靠,可用各種構造資料(主要是金屬資料)制造,能在高溫、高壓下運用,是目前應用最廣的類型。
 
管殼式換熱器構造與類型
管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板(擋板)和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形,內部裝有管束,管束兩端固定在管板上。
 
 
 
停止換熱的冷熱兩種流體,一種在管內活動,稱為管程流體;另一種在管外活動,稱為殼程流體。為進步管外流體的傳熱分系數,通常在殼體內裝置若干擋板。
 
 
 
擋板可進步殼程流體速度,迫使流體按規則路途屢次橫向經過管束,加強流體湍流水平。
 
 
換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊,管外流體湍動水平高,傳熱分系數大;正方形排列則管外清洗便當,適用于易結垢的流體。
 
 
流體每經過管束一次稱為一個管程;每經過殼體一次稱為一個殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為進步管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板,將全部管子均分紅若干組。
 
這樣流體每次只經過局部管子,因此在管束中往復屢次,這稱為多管程。同樣,為進步管外流速,也可在殼體內裝置縱向擋板,迫使流體屢次經過殼體空間,稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。
 
管殼式換熱器由于管內外流體的溫度不同,因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。假如兩溫度相差很大,換熱器內將產生很大熱應力,招致管子彎曲、斷裂,或從管板上拉脫。
 
因而,當管束與殼體溫度差超越50℃時,需采取恰當補償措施,以消弭或減少熱應力。依據所采用的補償措施,管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型:
 
①固定管板式換熱器管束兩端的管板與殼體聯成一體,構造簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時,可在殼體上裝置有彈性的補償圈,以減小熱應力。
 
②浮頭式換熱器管束一端的管板可自在浮動,完整消弭了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣,但構造比擬復雜,造價較高。
 
③ U型管式換熱器 每根換熱管皆彎成U形,兩端分別固定在同一管板上下兩區,借助于管箱內的隔板分紅進出口兩室。此種換熱器完整消弭了熱應力,構造比浮頭式簡單,但管程不易清洗。
 
④填料函式換熱器 填料函式換熱器其構造特性是管板只要一端與殼體固定銜接,另一端采用填料函密封。管束能夠自在伸縮,不會產生因殼壁與管壁溫差而惹起的溫差應力。
 
填料函式換熱器的優點是構造較浮頭式換熱器簡單,制造便當,耗材少,造價低;管束可從殼體內抽出,管內、管間均能停止清洗,維修便當。其缺陷是填料函耐壓不高,普通小于4.0MPa;
 
殼程介質可能經過填料函外漏,對易燃、易爆、有毒和貴重的介質不適用。填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質易結垢,需經常清算且壓力不高的場所。
 
⑤釜式換熱器 釜式換熱器構造特性是在殼體上部設置恰當的蒸發空間,同時兼有蒸汽室的作用。
 
管束能夠為固定管板式、浮頭式或U 型管式。釜式換熱器清洗維修便當,可處置不清潔、易結垢的介質,并能接受高溫、高壓。它適用于液-汽式換熱,可作為最簡構造的廢熱鍋爐。
 
管殼式換熱器傳熱機理
普通來說,管殼式換熱器制造容易,消費本錢低,選材范圍廣,清洗便當,順應性強,處置量大,工作牢靠,且能順應高溫高壓。固然它在構造緊湊性、傳熱輕度和單位金屬耗費量方面無法與板式和板翅式換熱器相比,但它由于具有前述的一些優點,因此在化工、石油能源等行業的應用中仍處于主導位置。
 
管殼式換熱器是把管子與管板銜接,再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式、釜式浮頭式、U型管式、滑動管板式、填料函式及套管式等幾種,前面我們扼要引見過。
 
依據介質的品種、壓力、溫度、污垢和其他條件,管板與殼體的銜接的各種構造型式特性,傳熱管的外形和傳熱條件,造價,維修檢查便當等狀況來選擇設計制造各種管殼式換熱器。
 
管殼式換熱器構造及制造規范
普通來說,管殼式換熱器制造容易,消費本錢低,選材范圍廣,清洗便當,順應性強,處置量大,工作牢靠,且能順應高溫高壓。固然它在構造緊湊性、傳熱輕度和單位金屬耗費量方面無法與板式和板翅式換熱器相比,但它由于具有前述的一些優點,因此在化工、石油能源等行業的應用中仍處于主導位置。
 
管殼式換熱器是把管子與管板銜接,再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式、釜式浮頭式、U型管式、滑動管板式、填料函式及套管式等幾種,前面我們扼要引見過。
 
依據介質的品種、壓力、溫度、污垢和其他條件,管板與殼體的銜接的各種構造型式特性,傳熱管的外形和傳熱條件,造價,維修檢查便當等狀況來選擇設計制造各種管殼式換熱器。
 
管殼式換熱器構造及制造規范
管殼式換熱器:是以封鎖在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器,這種換熱器構造較簡單、操作牢靠,可用各種構造資料(主要是金屬資料)制造,能在高溫、高壓下運用,是目前應用最廣的類型。(設計制造遵照規范:國外 TEMA   ASME   國內  GB151、GB150)
 
換熱器封頭選取準繩
1、管殼側能否需求清洗;
2、能否需求挪動管束;
3、能否需求思索熱收縮;
前封頭類型:A、B、C、D、N
后封頭類型:L、M、N、P、S、T、W
后封頭又分為固定式、浮頭式以及U型管,相關于固定式,浮頭式造價更高、需求更大的殼徑、低的換熱效果(由于走漏流C的存在),優點則是一端具有自在度能夠處置好熱收縮問題。
前封頭
 
A型封頭:順應于管程流體較臟,需求經常清洗的狀況。
B型封頭:單法蘭經濟型最好,由于易于采購,是最常用的封頭
C型封頭:帶管板和可拆蓋,管側清洗便當,能夠處置管程高壓和高危介質(恰當),適于殼側管束較重以及殼側需求清洗的狀況。
 
D型封頭:特種高壓型,適用于特殊高壓的工況(管箱焊在管板上)
N型封頭:帶管板和可拆蓋,管束不可拆,此種封頭經濟性最好,接近管板容易;能夠處置殼側高危介質。
 
A型封頭與B型封頭相比多了一片法蘭,其耐壓性沒有B型封頭好,其優點是換熱器檢修時不許將封頭拿掉,相關于B型封頭來說愈加便當。C型封頭、N型封頭換熱器中的管束是可抽出的,其中C型封頭的換熱器中的管板和管箱是焊在一同的。
后封頭
 
 
L型后封頭:和A型前封頭相同;
M型后封頭:和B型前封頭相同;
N型后封頭:和N型前封頭相同;
 
U型:U型管束,管束可挪動,殼側容易清洗;熱收縮處置優秀,經濟(無法蘭);缺陷是管側無法清洗,改換管束艱難,彎頭部位容易沖刷損傷。
 
P型封頭和W型封頭曾經被淘汰,不在運用。
S型封頭:其尺寸特性是其后封頭要比殼體的直徑大,優點是能夠處理換熱器設計過程中的兩個問題,一是能夠消弭換熱器的熱應力,二是換熱器的管殼側都能夠停止清洗。
 
T型封頭和S型封頭類似,但其后封頭尺寸和殼體直徑相同,且其內封頭和管束能夠直接抽出,但T型封頭和S型封頭相比,受力狀況沒有S型封頭好,獨一的益處是抽芯便當,在工程設計中普通不選用T。
 
換熱器殼體
 
E型殼體:為單程殼體,在設計過程中普通優先選擇,它適用于一切的狀況,單相換熱更優,缺陷是壓降較大。
 
F型殼體:適用于場地受限,需求雙殼程的狀況,比擬合適于單相換熱,純逆流換熱,傳熱溫差大;缺陷是F型殼體有分程隔板,此處會發作漏流,而且殼程進口與出口處的壓差和溫差都是最大的,會發作漏溫且分程隔板也容易發作變形。所以F型殼體適用于壓差和溫差都不大的狀況下。
 
G型殼體:屬于平行流換熱器,該換熱器的熱流體出口溫度能夠比冷流體出口溫度低,適用于需求做殼側強化的臥式熱虹吸再沸器、冷凝器等。
 
H型殼體:雙平行流換熱器,主要用于冷凝和蒸發的工況下,而且殼體中不運用折流板。G/H型殼體的優點是傳熱溫差大,比E型要高。
 
J型殼體:分流殼體,一是適用于殼體氣相壓降較大,振動處理不了的狀況;二是用于再沸器,相關于E型使得傳熱的效果比擬穩定;三是用于局部冷凝的工況,其缺陷則是傳熱溫差較小,傳熱系數也不大。
 
K型殼體:主要用于管程熱介質,殼側蒸發的工況,在廢熱回收條件下運用。
X型殼體:冷熱流體屬于錯流活動,其優點是壓降十分小,當采用其他殼體發作振動,且經過調整換熱器參數無法消弭該振動時能夠運用此殼體方式,其缺乏之處是流體散布不平均,X型殼體并不經常運用。
在化工工藝手冊中,I型殼體類型可EDR軟件中的不是同一種殼體,其方式見I1,它的運用方式僅有一種搭配,就是BIU,U型管換熱器。
換熱器折流板
 
單弓形折流板:優點是能夠到達最大的錯流,缺陷是壓降較高,且窗口的管束容易發作振動;設計要點是折流板圓缺率在17%-35%之間,折流板間距在0.2-1.0倍的殼徑。此品種型折流板適用于大局部場所。
 
NITW:該折流板窗口不布管,管子支撐圓滿,不惹起管束振動,缺陷是相同的殼徑大小,布管數較少,需求的殼體直徑大。設計要點:15%的折流板圓缺率。合適的場所是氣體振動和壓降受限。
 
雙弓形折流板:優點是壓降低,更好的躲避振動的問題;缺陷是大的窗口活動面積;設計要點:5%-30%的圓缺率,默許兩排管堆疊;合適場所時振動和壓力受限的換熱器(相關于單弓形折流板來說)。
 
螺旋折流板:分為單螺旋折流板和雙螺旋折流板優點是換熱好,壓降低,活動平均;缺陷是制造艱難;設計要點是螺旋角度5-45°,合適的場所時壓降受限,容易結垢的場所。
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中華人民共和國機械行業規范:制冷與空調用套管換熱器
作者:中華人民共和國工業和信息化部
京東
 
折流桿:優點是支撐優,活動平均,壓降低根本無振動問題;缺陷是低的換熱效果;管子布置只能為45°和90°;合適場所是低壓降氣體冷凝和換熱。
 
窩巢型:支撐優,活動平均,壓降低;缺陷是比換熱效果不好,設計根本無請求。
 
蛋框型:支撐好,制造經濟;缺陷是高溫應力下發作變形;設計根本無請求。
管殼式換熱器設計所需思索的要素
換熱設備的類型很多,對每種特定的傳熱工況,經過優化選型都會得到一種最適宜的設備型號,假如將這個型號的設備運用到其他工況,則傳熱的效果可能有很大的改動。因而,針對詳細工況選擇換熱器類型,是很重要和復雜的工作。對管殼式換熱器的設計,有以下要素值得思索。
 
1、流速的選擇
流速是換熱器設計的重要變量,進步流速則進步傳熱系數,同時壓力降與功耗也會隨之增加,假如采用泵送流體,應思索將壓力降盡量耗費在換熱器上而不是調理閥上,這樣可依托進步流速來進步傳熱效果。
 
采用較高的流速有兩個益處:一是進步總傳熱系數,從而減小換熱面積;二是減少在管子外表生成污垢的可能性。但是也相應的增加了阻力和動力的耗費,所以需求停止經濟比擬才干最后肯定適合的流速。
 
此外在選擇流速上,還必需思索構造上的請求。為了防止設備的嚴重磨損,所算出的流速不應超越最大允許的經歷流速。
 
以下的三個表格分別表示了介質的流速范圍和水在管內的流速余材質的關系等。
 
2、允許壓力降的選擇
選擇較大的壓力降能夠進步流速,從而加強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用增加。適宜的壓力降值需求以換熱器年總費用為目的,重復調整設備尺寸,停止優化計算而得出。
 
在大多數設備中,可能會發現一側的熱阻明顯的高于另一側,此側的熱阻成為控制熱阻??蓺こ痰臒嶙枋强刂苽葧r,能夠用增加折流板塊數或者減少殼徑的辦法,來增加殼側流體流速、減少傳熱熱阻,但是減少折流板間距是有限制的,普通不能小于殼徑的1/5或50mm。當管程的熱阻是控制側時,則依托增加管成熟來增加流體流速。
 
在處置稀薄物料時,假如流體處于層流活動則將此物料走殼程。由于在殼程的流體活動易到達湍流狀態,這樣能夠得到較高的傳熱速率,還能夠改良對壓力降的控制。
下圖為不同介質在不同設備類型中的允許壓力降參考值:
 
3、管殼程流體確實定
主要依據流體的操作壓力和溫度、能夠應用的壓力降、構造和腐蝕特性,以及所需設備資料的選擇等方面,思索流體適合走哪一程。下面的要素可供選擇時思索:
 
適于走管程的流體有水和水蒸氣或強腐蝕性流體;有毒性流體;容易構造的流體;高溫或高壓操作的流體等。
 
適于走殼程的流體有塔頂餾出物的冷凝;烴類的冷凝和再沸;管件壓力降控制的流體;粘度大的流體等。
 
當上述狀況掃除后,介質走哪一程的選擇,應著眼于進步傳熱系數和最充沛的應用壓力降上。由于介質在殼程的活動容易到達湍流(Re≥100),因此將粘度大的或流量小的流體,即雷諾數低的流體走殼程普通是有利的。
 
反之,假如流體在管程可以到達湍流時,則布置走管程較合理。若從壓力降的角度思索,普通是雷諾數低的走殼程合理。
 
4、換熱終溫確實定
換熱終溫普通由工藝過程的需求肯定。當換熱終溫能夠選擇時,其數值對換熱器能否經濟合理有很大的影響。在熱流體出口溫度與冷流體出口溫度相等的狀況下,熱量應用效率最高,但是有效傳熱溫差最小,換熱面積最大。
 
另外,在肯定物流出口溫度時,不希望呈現溫度穿插現象,即熱流體出口溫度低于冷流體出口溫度。
 
5、設備構造的選擇
關于一定的工藝條件,首先應肯定設備的方式,例如選擇固定管板方式還是浮頭方式等。參照下表1-7.
 
在換熱器設計過程中,強化傳熱總的目的概括有:在給定換熱量下減少換熱器的尺寸;進步現有換熱器的性能;減小活動工質的溫差;或者降低泵的功率。
 
傳熱過程是指兩種流體經過硬設備的壁面停止熱交流的過程,依照流體的傳熱方式根本上能夠分為無相變和有相變兩品種型。無相變過程強化傳熱技術的研討,普通根據控制熱阻側而采取相應的措施:
 
如采用擴展管內或者管表面面;采用管內插異物;改動管束支撐件方式;參加不互溶的低沸點添加劑等辦法,以加強傳熱效果。
 
螺紋管性能特性
在管子類型中,螺紋管屬于管外擴展外表的類型,在普通換熱管外壁軋制成螺紋狀的低翅片,用以增加外側的傳熱面積。螺紋管外表積比光管可擴展1.6-2.7倍,與光管相比,
 
當管外流速一樣時,殼程傳熱熱阻能夠減少相應的倍數,而管內流體因管徑的減小,則壓力降會略有增大。螺紋管比擬適合于殼程傳熱系數相當于管程傳熱系數1/3-3/5的工況。
 
波紋管換熱器的性能特性
以改動管內流體活動狀態、加強傳熱效果的典型管形為波紋管、內插物管。波紋管是在無切削的機加工中,管內被擠出凸肋從而改動了管內壁滯流層的活動狀態,減少了流體傳熱熱阻,加強了傳熱效果。
 
 
折流桿換熱器的性能特性
折流桿換熱器、雙弓板換熱器、盤環式換熱器、旋流式換熱器等,都屬于經過殼程管束支撐件、大幅度降低阻力進步流速或改動活動方式從而到達強化傳熱的目的。折流桿換熱器每根換熱管的四個方向上,用折流桿加以固定,具有很好的防震性能。
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