管殼式結(jié)構(gòu) 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。 流體每通過管束一次稱為一個管程;每通過殼體一次稱為一個殼程。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。 管殼式換熱器類型 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,導致管子彎曲、斷裂,或從管板上拉脫。因此,當管束與殼體溫度差超過50℃時,需采取適當補償措施,以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)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: 　�、� 固定管 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。 　�、� 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)比較復雜,造價較高。 　�、� U型管換熱器 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。 　非金屬材料換熱器 化工生產(chǎn)中強腐蝕性流體的換熱,需采用、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。 　　其中以碳化硅為主要材質(zhì)的陶瓷換熱器具有以下特點:陶瓷換熱器的生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同,導熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng)用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近,溫度較高的地方,不需要摻冷風及高溫保護,當窯爐溫度1250-1450℃時,煙道出口的溫度應(yīng)是1000-1300℃,陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃,將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒,可節(jié)約能源25%-45%,這樣直接降低生產(chǎn)成本,增加經(jīng)濟效益。 　　陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展,因為它較好地解決了耐腐蝕,耐高溫等課題,成為了回收高溫余熱的最佳換熱器。經(jīng)過多年生產(chǎn)實踐,表明陶瓷換熱器效果很好。它的主要優(yōu)點是:導熱性能好,高溫強度高,抗氧化、抗熱震性能好。壽命長,維修量小,性能可靠穩(wěn)定,操作簡便。是目前回收高溫煙氣余熱的最佳裝置。 目前,陶瓷換熱器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業(yè)主要熱工窯爐,正在為世界的節(jié)能減排事業(yè)作出了巨大的貢獻。 　　流道的選擇 進行換熱的冷熱兩流體,按以下原則選擇流道:①不潔凈和易結(jié)垢流體宜走管程,因管內(nèi)清洗較方便;②腐蝕性流體宜走管程,以免管束與殼體同時受腐蝕;③壓力高的流體宜走管程,以免殼體承受壓力;④飽和蒸汽宜走殼程,因蒸汽冷凝傳熱分系數(shù)與流速無關(guān),且冷凝液容易排出;⑤若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時,宜使傳熱分系數(shù)大的流體走殼程,以減小熱應(yīng)力。 　　操作強化 當管壁兩側(cè)傳熱分系數(shù)相差很大時(如粘度小的液體與氣體間的換熱),應(yīng)設(shè)法減小傳熱分系數(shù)低的一側(cè)的熱阻。如果管外傳熱分系數(shù)小,可采用外螺紋管(低翅片管),以增大管外一側(cè)的傳熱面積和流體湍動,減小熱阻。如果管內(nèi)傳熱分系數(shù)小,可在管內(nèi)設(shè)置麻花鐵,螺旋圈等添加物,以增強管內(nèi)擾動,強化換熱,當然這時流體的流動阻力也將增大。 選用要點: 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。初步估計換熱面積,一般先假定傳熱系數(shù),確定換熱器構(gòu)造,再校核傳熱系數(shù)K值。 　　2)、選用換熱器時應(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)、高溫水進入換熱器前宜設(shè)。 　　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荷及調(diào)節(jié)的要求。在滿足用戶熱負荷調(diào)節(jié)要求的前提下,同一個供熱系數(shù)中的換熱器臺數(shù)不宜少于2臺,不宜多于5臺