管殼式換熱器及其特點

吳麗冬　李旭

【摘要】在管殼式換熱器的傳熱過程中，對于傳熱器增強傳熱方式是目前人們主要的研究方向，但是管殼式傳熱器受影響的因素比較對，限制了傳熱器的傳熱方式選擇，人們?yōu)榱私档蛡鳠岢杀荆黾觽鳠崞鞯膫鳠嵝Ч?，如何通過控制來提高傳熱器的傳熱效率使人們比較關(guān)注的一項問題。也因此，筆者本文也主要分析管殼式換熱器的類型及其主要特點。

【關(guān)鍵詞】管殼式換熱器；類型；特點；改進措施

引言

隨著我國改革開放程度的不斷加深，社會經(jīng)濟的發(fā)展同時也促進了我國工業(yè)的發(fā)展，在目前我國工業(yè)生產(chǎn)中，比如在石化、冶金、造紙、紡織等工業(yè)領(lǐng)域里利用換熱設(shè)備很多，在目前最經(jīng)常使用的就是管殼式換熱器，此外還有時板式換熱器，本文將主要分析管殼式換熱器，因此對于時板式換熱器筆者這里不在過多分析。管殼式換熱器因具有機構(gòu)緊湊、換熱效果明顯等優(yōu)點，因此在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛引用，但同時，管殼式換熱式還存在著承載能力比較小，流動阻力大的缺點，但這并不影響管殼式換熱器的應(yīng)用。

一、管殼式換熱器簡介

管殼式換熱器（shell and tube heat exchanger）又稱列管式換熱器。是以封閉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)用最廣的類型。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(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(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，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。

二、管殼式換熱器的類型

1、固定管板式換熱器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，且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應(yīng)力。

2、浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應(yīng)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(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

4、渦流熱膜換熱器渦流熱膜換熱器采用最新的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過改變流體運動狀態(tài)來增加傳熱效果，當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時，強力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。最高可達10000W/m2℃。同時這種結(jié)構(gòu)實現(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。

以上是幾種常見廣泛應(yīng)用的管殼式換熱器，隨著技術(shù)的不斷進步，各行各業(yè)的不同需要，許多結(jié)構(gòu)形狀特殊、傳熱表面高強化以及傳熱面積及結(jié)構(gòu)體積比較大的新型換熱器也不斷被研制開發(fā)，換熱器的使用領(lǐng)域還在不斷地發(fā)展和擴大，除了煉油、化工和石油化工等行業(yè)里獲得了廣泛的應(yīng)用外，在核能、醫(yī)藥、環(huán)保節(jié)能等行業(yè)中的應(yīng)用也在逐步的擴大，在高溫高壓及大容量領(lǐng)域也有新的較大的發(fā)展。如集成管箱型管殼式換熱器、階梯式折流板換熱器、SMGK型換熱器、彈簧刮壁式管板式換熱器、螺旋折流板式換熱器等各種型式的管殼式換熱器被應(yīng)用在各個領(lǐng)域中。

三、管殼式換熱器的特點

管板式換熱器是目前我國工業(yè)生產(chǎn)中最常使用的一種換熱器，相比較于其他換熱器來說，管板式換熱式的有點眾多，筆者將簡單介紹一下管板式換熱器的特點。1、高效節(jié)能，高效節(jié)能是管板式換熱器最主要的一項特點，也是人們最常使用他的主要原因，節(jié)能是他的特點同時也是優(yōu)點，管板式換熱式可以達到6000-8000W/m2.0C。2、使用壽命長，管板式換熱式基本都是采用全不銹鋼材制作的，耐腐性性比較高，同時也不生銹，延長了他的使用時間，一般每臺管板式換熱器可以使用接近20年的時間，這對于降低企業(yè)的生產(chǎn)成本是有極大好處的。3、采用納米技術(shù)，納米技術(shù)是當(dāng)今世界最為先進的一項科技，在許多領(lǐng)域都有使用，在管板式換熱器上同樣収使用，采用納米技術(shù)的管板式換熱器的換熱效果比以前高了接近一倍左右，顯著增大了傳熱系數(shù)。4、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，在目前我國大力發(fā)展工業(yè)的環(huán)境下，管板式換熱器的應(yīng)用范圍也越來越廣，在我國熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫(yī)藥、能源電子、機械輕工等領(lǐng)域都有使用，使用范圍非常廣闊。5、維修費用低，對于工業(yè)企業(yè)來說，換熱器的維修費用是比較受到關(guān)注的，但是管板式換熱器的維修保養(yǎng)費用是比較低的，并且操作性比較的簡單易學(xué)，使用非常靈活，設(shè)計結(jié)構(gòu)也可以根據(jù)生產(chǎn)要求進行更改，同時安裝也簡單方便。

結(jié)語

管殼式換熱器應(yīng)用廣泛，不管新型換熱器如何發(fā)展，管殼式換熱器仍以它自身的獨特的優(yōu)勢在石油、化工、煉油、核能等行業(yè)有不可取代的地位。在今后的研究中，在管程和殼程傳熱面的強化傳熱方面，以及應(yīng)用領(lǐng)域的擴展、新材料的選用以及抗震、反腐等方面是管殼式換熱器設(shè)計、生產(chǎn)、使用方主要注重的方向。為滿足節(jié)能、環(huán)保、低耗、高效的要求傳熱效率高，加工制造工藝簡單和安裝維修方便易行、占地面積小等特點將是今后管殼式換熱器的研制方向。

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