| 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) | |
| 浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可在殼體內(nèi)自由移動(dòng)，管束與殼體之間沒有溫差應(yīng)力； 清洗方便，管束可靈活抽出； 填料函式在較高的溫度和壓力下工作，但浮頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高； | |
| 應(yīng)用領(lǐng)域 | |
| 主要用于滿足具有較高要求的例如高溫差化工、煉油等行業(yè)。用于液體的換熱、氣體或空氣的冷卻以及蒸汽冷凝。 |
報(bào)價(jià)所需資料
- 流量或熱負(fù)荷
- 溫度程序
- 流體（如果不是水）的物理屬性
- 所需工作壓力
- 允許壓降
- 可用蒸汽壓力
管殼式shell and tube heat exchanger又稱。是以封閉在殼體中管束的壁面作為熱面的。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用的類型。
結(jié)構(gòu)
由殼體、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(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。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(dòng)程度高，熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。
流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為的單殼程單管程,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。
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50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。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
①管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需械清洗時(shí)的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時(shí)，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力。
②管束一端的管板可，消除了熱應(yīng)力;且整個(gè)管束可從殼體中抽出,便于械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。
③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(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進(jìn)出口兩室。此種換熱器消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。
④渦流熱膜換熱器采用的渦流熱膜熱技術(shù)，通過改變流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來增加熱效果，當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時(shí)，強(qiáng)力沖刷管子表面，從而提高換熱效率?？蛇_(dá)10000W/m2℃。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結(jié)垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱系數(shù)降低。
據(jù)【換熱設(shè)備推廣中心】的資料顯示，渦流熱膜換熱器的特點(diǎn)在于經(jīng)濟(jì)性和安全性統(tǒng)一。由于考慮了換熱管之間，換熱管和殼體之間流動(dòng)關(guān)系，不再使用折流板強(qiáng)行阻擋的方式逼出湍流，而是靠換熱管之間自然誘導(dǎo)形成交替漩渦流，并在保證換熱管不互相摩擦的前提下保持應(yīng)有的顫動(dòng)力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會(huì)彼此碰撞，既克服了浮動(dòng)盤管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問題，又避免了普通管殼式換熱器易結(jié)垢的問題。
性能對比
| 對比項(xiàng)目 | 浮動(dòng)盤管換熱器 | 螺紋管換熱器 | 渦流熱膜換熱器 |
| 適用介質(zhì)種類 | 蒸汽、水 | 蒸汽、水 | 弱腐蝕性化工原料、蒸汽、水 |
| 介質(zhì)的參數(shù)范圍 | 溫度0-150度 壓力0-1.0MPa | 溫度0-150度 壓力0-1.6MPa | 溫度-40-400度 壓力0-10.0MPa |
| 熱效率 | 熱效率=92% | 熱效率=93% | 熱效率=96% |
| 防垢性能 | 自動(dòng)除垢 | 人工除垢 | 具有防垢功能 |
| 耐震、噪音 | 振動(dòng)較大，噪音大 | 振動(dòng)較小，噪音小 | 振動(dòng)微弱，噪音小 |
| 試用壽命 | 7年左右 | 10年左右 | 20年左右 |
| 維修 | 停維修，更換管束 | 停維修，拔管再脹管 | 無需維修 |
選用要點(diǎn)
1）、根據(jù)已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計(jì)換熱面積，一般先假定熱系數(shù)，確定換熱器構(gòu)造，再校核熱系數(shù)K值。
2）、選用換熱器時(shí)應(yīng)注意壓力等級，使用溫度，接口的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長型，有利于提高換熱量。
3）、換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在0.01～0.05MPa之間；
4）、流速大小應(yīng)考慮流體黏度，黏度大的流速應(yīng)小于0.5～1.0m/s；一般流體管內(nèi)的流速宜取0.4～1.0m/s；易結(jié)垢的流體宜取0.8～1.2m/s。
5）、高溫水進(jìn)入換熱器前宜設(shè)過濾器。
6）、熱交換站中的單臺處理和配置臺數(shù)組合結(jié)果應(yīng)滿足熱交換站的總供熱負(fù)荷及調(diào)節(jié)的要求。在滿足用戶熱負(fù)荷調(diào)節(jié)要求的前提下，同一個(gè)供熱系數(shù)中的換熱器臺數(shù)不宜少于2臺，不宜多于5臺。
安裝要點(diǎn)
1）、熱交換器應(yīng)以工作壓力的1.5倍做水壓試驗(yàn)，蒸汽部分應(yīng)不低于蒸汽供汽壓力加0.3MPa；熱水部分應(yīng)不低于0.4MPa。在試驗(yàn)壓力下，保持10min壓力不降。
2）、管殼式換熱器前端應(yīng)留有抽卸管束的空間，即其封頭于墻壁或屋頂?shù)木嚯x不得小于換熱器的長度，設(shè)備運(yùn)行操作通道凈寬不宜小于0.8m。
3）、各類閥門和儀表的安裝高度應(yīng)便于操作和觀察。
4）、加熱器上部附件（一般指安全閥）的點(diǎn)至建筑結(jié)構(gòu)點(diǎn)的垂直凈距應(yīng)滿足安裝檢測的要求，并不得小于0.2m。
執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)
《管殼式換熱器》GB151-1999
《導(dǎo)流型容積式水加熱器和半容積式水加熱器U型管束》CJ/T 163-2002
工程標(biāo)準(zhǔn)
《》GB50242-2002
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)圖
05R103 熱交換站工程設(shè)計(jì)施工圖集
01S122-1～10水加熱器選用及安裝
腐蝕分析
管殼式換熱器的材料一般以、不銹鋼和銅為主，其中碳鋼材質(zhì)的在作為冷卻器使用時(shí)，其管板與列管的焊縫經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕泄漏，泄漏物進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)污染環(huán)境又造成物料浪費(fèi)。
管殼式換熱器在制作時(shí)，管板與列管的焊接一般采用工弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應(yīng)力的分布也不均勻。使用時(shí)管板部分一般與工業(yè)冷卻水接觸，而工業(yè)冷卻水中的雜質(zhì)、鹽類、氣體、微生物都會(huì)構(gòu)成對管板和焊縫的腐蝕，這就是我們常說的化學(xué)腐蝕。研究表明，工業(yè)水無論是淡水還是海水，都會(huì)有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也會(huì)影響腐蝕形態(tài)。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看，管板表面會(huì)有許多腐蝕產(chǎn)物和積沉物，分布著大小不等的凹坑。以海水為介質(zhì)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生偶腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕就是介質(zhì)的腐蝕，換熱器管板接觸各種各樣的化學(xué)介質(zhì)，就會(huì)受到化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。另外，換熱器管板還會(huì)與換熱管之間產(chǎn)生一定的雙金屬腐蝕。
綜上所述，影響管殼式換熱器腐蝕的主要因素有
（1）介質(zhì)成分和濃度濃度的影響不一，例如在鹽酸中，一般濃度越大腐蝕越嚴(yán)重。碳鋼和不銹鋼在濃度為50%左右的硫酸中腐蝕最嚴(yán)重，而當(dāng)濃度增加到60%以上時(shí)，腐蝕反而急劇下降；
（2）雜質(zhì)有害雜質(zhì)包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等，這些雜質(zhì)在某些情況下會(huì)引起嚴(yán)重腐蝕
（3）溫度腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng)，溫度每提升 10℃，腐蝕速度約增加1~3倍，但也有例外；
（4）ph值一般ph值越小，金屬的腐蝕越大；
（5）流速多數(shù)情況下流速越大，腐蝕也越大。
防腐保護(hù)
針對冷卻塔防腐問題，統(tǒng)方法以為主，但補(bǔ)焊易使管板內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，難以消除，可能造成冷卻塔管板焊縫再次滲漏?，F(xiàn)西方國家多采用的方法進(jìn)行保護(hù)。其具有優(yōu)異的粘著性能及抗溫、抗化學(xué)腐蝕性能，在封閉的環(huán)境里可以安全使用而不會(huì)收縮，特別是良好的隔離雙金屬腐蝕和耐沖刷性能，從根本上杜絕了修復(fù)部位的腐蝕滲漏，為冷卻塔提供一個(gè)長久的保護(hù)涂層。
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