套管式換熱器

套管式換熱器

管式換熱器的一種。套管式換熱器是用兩種尺寸不同的標準管連線而成同心圓套管,外面的叫殼程,內部的叫管程。兩種不同介質可在殼程和管程內逆向流動(或同向)以達到換熱的效果。

介紹

套管式換熱器是目前石油化工生產上套用最廣的一種換熱器。它主要由殼體(包括內殼和外殼)、U型肘管、填料函等組成。所需管材,可分別採用普通碳鋼、鑄鐵、銅、鈦、陶瓷玻璃等製作。管子一般被固定在支架上。兩種不同介質可在管內逆向流動(或同向)以達到換熱的目的。在進行逆向換熱時,熱流體由上部進入,而冷流體由下部進入,熱量通過內管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。熱流體由進入端到出口端流過的距離稱之為管程;流體由殼體的接管進入,從殼體上的一端引入到另一端流出,通過這種方式傳熱的換熱器稱為殼程套管式換熱器[5]。由於套管式換熱器被廣泛的套用在石油化工、製冷等工業部門,原本單一的傳熱方式和傳熱效率已經不能滿足實際工作和生產,目前國內外研究者對套管式換熱器提出了很多種改進方案,以延長套管式換熱器的使用壽命,加強其使用效率。

結構原理

以同心套管中的內管作為傳熱元件的換熱器。兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管,每一段套管稱為“一程“,程的內管(傳熱管)借U形肘管,而外管用短管依次連線成排,固定於支架上(圖1中a)。熱量通過內管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。通常,熱流體(A流體)由上部引入,而冷流體(B流體)則由下部引入。套管中外管的兩端與內管用焊接或法蘭連線。內管與U形肘管多用法蘭連線,便於傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長度取4~7米。這種換熱器傳熱面積最高達18平方米,故適用於小容量換熱。當內外管壁溫差較大時,可在外管設定U形膨脹節(圖中b)或內外管間採用填料函滑動密封(圖1中c),以減小溫差應力。管子可用鋼、鑄鐵、銅、鈦、陶瓷、玻璃等製成,若選材得當,它可用於腐蝕性介質的換熱。

圖1 套管換熱器結構 圖1 套管換熱器結構

分類

1、 固定管板式換熱器

這類換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜,但管外不能機械清洗。此種換熱器管束連線在管板上,管板分別焊在外殼兩端,並在其上連線有頂蓋,頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一系列垂直於管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連線都是剛性的,而管內管外是兩種不同溫度的流體。因此,當管壁與殼壁溫差較大時,由於兩者的熱膨脹不同,產生了很大的溫差應力,以至管子扭彎或使管子從管板上鬆脫,甚至毀壞換熱器。 為了克服溫差應力必須有溫差補償裝置,一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時,為安全起見,換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置(膨脹節)只能用在殼壁與管壁溫差低於60~70℃和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6MPa時由於補償圈過厚,難以伸縮,失去溫差補償的作用,就應考慮其他結構。

2、 浮頭式換熱器

換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連線,另一塊管板不與外殼連線,以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮,但在這塊管板上連線一個頂蓋,稱之為“浮頭”,所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優點是:管束可以拉出,以便清洗;管束的膨脹不變殼體約束,因而當兩種換熱器介質的溫差大時,不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產生溫差應力。其缺點為結構複雜,造價高。

3、 填料函式換熱器

這類換熱器管束一端可以自由膨脹,結構比浮頭式簡單,造價也比浮頭式低。但殼程內介質有外漏的可能,殼程中不應處理易揮發、易燃、易爆和有毒的介質。

4、 U型管式換熱器

U形管式換熱器,每根管子都彎成U形,兩端固定在同一塊管板上,每根管子皆可自由伸縮,從而解決熱補償問題。管程至少為兩程,管束可以抽出清洗,管子可以自由膨脹。其缺點是管子內壁清洗困難,管子更換困難,管板上排列的管子少。優點是結構簡單,質量輕,適用於高溫高壓條件。

優點

這種換熱器具有若干突出的優點,所以至今仍被廣泛用於石油化工等工業部門。

①結構簡單,傳熱面積增減自如。因為它由標準構件組合而成,安裝時無需另外加工。

②傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器,同時還可以選取合適的截面尺寸,以提高流體速度,增大兩側流體的傳熱係數,因此它的傳熱效果好。液-液換熱時,傳熱係數為 870~1750W/(m ·℃)。這一點特別適合於高壓、小流量、低傳熱係數流體的換熱。套管式換熱器的缺點是占地面積大;單位傳熱面積金屬耗量多,約為管殼式換熱器的5倍;管接頭多,易泄漏;流阻大。

③結構簡單,工作適應範圍大,傳熱面積增減方便,兩側流體均可提高流速,使傳熱面的兩側都可以有較高的傳熱係數,是單位傳熱面的金屬消耗量大,為增大傳熱面積、提高傳熱效果,可在內管外壁加設各種形式的翅片,並在內管中加設刮膜擾動裝置,以適應高粘度流體的換熱。

④可以根據安裝位置任意改變形態,利於安裝。

缺點

①檢修、清洗和拆卸都較麻煩,在可拆連線處容易造成泄漏。

②生產中,有較多材料選擇受限,由於套管式換熱器大多是內管中不允許有焊接,因為焊接會造成受熱膨脹開裂,而套管式換熱器大多數為了節省空間選擇,彎制,盤製成蛇管形態,故有較多特殊的耐腐蝕材料無法正常生產。

③套管換熱器國內還沒有形成統一的焊接標準,各個企業都是根據其他換熱產品經驗選擇焊接方式,所以,套管式換熱器的焊接處,出現各類問題司空見慣,需要經常注意檢查,保養。

清洗

套管式換熱器長期運行會導致設備被水垢堵塞,將會使效率降低、能耗增加、壽命縮短。如果水垢不能被及時地清除,就會面臨設備維修、停機或者報廢更換的危險。長期以來傳統的清洗方式如機械方法(刮、刷)、高壓水、化學清洗(酸洗)等在對換熱器清洗時出現很多問題:不能徹底清除水垢等沉積物,並對設備造成腐蝕,殘留的酸對材質產生二次腐蝕或垢下腐蝕,最終導致更換設備,此外,清洗廢液有毒,需要大量資金進行廢水處理。企業可採用高效環保清洗劑避免上述情況,其具有高效、環保、安全、無腐蝕特點,不但清洗效果良好而且對設備沒有腐蝕,能夠保證空壓機的長期使用。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們