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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。

結(jié)構(gòu)

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(jìn)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(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。

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(jī)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(gè)管束可從殼體中抽出,便于機(jī)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 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(jìn)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(yùn)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(shí)，強(qiáng)力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。最高可達(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，渦流熱膜換熱器的最大特點(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)有的顫動力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會彼此碰撞，既克服了浮動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

特點(diǎn)

1.高效節(jié)能，該換熱器傳熱系數(shù)為6000-8000W/m2.0C。

2.全不銹鋼制作，使用壽命長，可達(dá)20年以上。

3.改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻。

4.換熱速度快，耐高溫(400℃)，耐高壓(2.5Mpa)。

5.結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，重量輕，安裝方便，節(jié)約土建投資。

6.設(shè)計(jì)靈活，規(guī)格齊全，實(shí)用針對性強(qiáng)，節(jié)約資金。

7.應(yīng)用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質(zhì)熱交換。

8.維護(hù)費(fèi)用低，易操作，清垢周期長，清洗方便。

9.采用納米熱膜技術(shù)，顯著增大傳熱系數(shù)。

10.應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，可廣泛用于熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫(yī)藥、能源電子、機(jī)械輕工等領(lǐng)域。

性能對比
 

非金屬材料換熱器化工生產(chǎn)中強(qiáng)腐蝕性流體的換熱，需采用陶瓷、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(diǎn):

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(dǎo)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(fēng)及高溫保護(hù)，當(dāng)窯爐溫度1250-1450℃時(shí)，煙道出口的溫度應(yīng)是1000-1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達(dá)到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進(jìn)窯爐與燃?xì)庑纬苫旌蠚膺M(jìn)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(jì)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?yàn)樗^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(shí)踐，表明陶瓷換熱器效果很好。它的主要優(yōu)點(diǎn)是:導(dǎo)熱性能好，高溫強(qiáng)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?zé)煔庥酂岬淖罴蜒b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(xiàn)。

流道的選擇進(jìn)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(shí)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(shí)，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(qiáng)化當(dāng)管壁兩側(cè)傳熱分系數(shù)相差很大時(shí)(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(qiáng)管內(nèi)擾動，強(qiáng)化換熱，當(dāng)然這時(shí)流體的流動阻力也將增大。

換熱機(jī)組
 

熱敏傳感換熱機(jī)組屬冷熱直混型換熱機(jī)組，換熱效率可達(dá)到極限百分之百，這同傳統(tǒng)間壁式換熱器如管殼式換熱器有著本質(zhì)的不同，眾所周知傳統(tǒng)間壁式換熱器因其本身存在的致命缺陷--噪音及振動，難以得到市場的廣泛推廣和客戶認(rèn)同。由于系統(tǒng)種種原因造成的壓力波動會引發(fā)該類型換熱器強(qiáng)烈的運(yùn)行噪音，給用戶使用帶來極大不便。

熱敏傳感換熱機(jī)組成功攻克了上述換熱器存在的技術(shù)缺陷，通過傳質(zhì)傳熱和噴射原理相結(jié)合，徹底消除了因系統(tǒng)壓力波動而引發(fā)的巨大噪音源，不但實(shí)現(xiàn)了熱敏和冷敏的零熱阻熱交換，更充分利用了冷凝水的顯熱值，使換熱效率達(dá)到極高境界，另外該產(chǎn)品充分利用帶壓蒸汽本身的內(nèi)外動能，推動整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)，大大降低了因推動系統(tǒng)循環(huán)而消耗的電能，同時(shí)冷凝水可得到百分百的回收利用，在沒有特殊原因情況下系統(tǒng)無需另外補(bǔ)水。使產(chǎn)品充分達(dá)到了節(jié)汽，節(jié)電，節(jié)水三位一體的節(jié)能效果，為用戶及社會創(chuàng)造了可觀的節(jié)能效益，產(chǎn)品的價(jià)值進(jìn)一步增值。由于冷凝水重新被系統(tǒng)回收利用，整個(gè)系統(tǒng)用水被純凈的冷凝水完全替代，因而在源頭上徹底消除了整個(gè)系統(tǒng)結(jié)垢的可能性，從主換熱器到用戶的散熱器片都在一種理想的工況條件下運(yùn)行，大大提升了整個(gè)換熱系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及換熱機(jī)組的使用壽命。

技術(shù)特點(diǎn):

1、傳熱迅捷、換熱高效、換熱效率可達(dá)100%。

2、冷凝水充分回收，循環(huán)利用，整個(gè)系統(tǒng)水自潔防垢，換熱器、散熱器及換熱系統(tǒng)可保持長效穩(wěn)定高效的熱交換性能，最大限度降低系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象，不會因難以克服的結(jié)垢弊端而降低系統(tǒng)換熱效率。

3、換熱器采用全不銹鋼制作，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)，工藝制作精良，使用壽命長，可達(dá)20年以上。

4、關(guān)鍵部件采用德國先進(jìn)工藝技術(shù)及訂單加工，因而主機(jī)不受蒸汽壓力及系統(tǒng)壓力影響，有效消除噪音、汽擊現(xiàn)象，整機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。

5、冷凝水被完全吸收和利用，系統(tǒng)沒有特殊原因，無需設(shè)置補(bǔ)水裝置，大大節(jié)約了系統(tǒng)用水及運(yùn)行費(fèi)用。

6、整套機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，大大節(jié)省土建投資，同時(shí)，由于換熱效率極高，運(yùn)行中系統(tǒng)又無需補(bǔ)水，整個(gè)機(jī)組節(jié)汽、節(jié)電、節(jié)水三位一體，為用戶創(chuàng)造可觀的節(jié)能效益。

7、機(jī)組具備高智能自動化控制功能，可實(shí)現(xiàn)超壓、超溫保護(hù)，斷電蒸汽自動切斷及室外溫度自動補(bǔ)償功能并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，為用戶提供高枕無憂的運(yùn)行平臺。

8、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，可廣泛用于熱電、廠礦、食品醫(yī)療、機(jī)械輕工、民用建筑等領(lǐng)域的采暖、熱水洗浴及其他用途。

9、應(yīng)用條件寬泛，可用于較大壓力、溫度范圍的熱交換。

冷卻特點(diǎn)

1.傳熱管采用外表面軋制翅片的銅管,導(dǎo)熱系數(shù)高,換熱面積大。

2.導(dǎo)流板引導(dǎo)殼程流體在換熱器內(nèi)呈折線形連續(xù)流動，導(dǎo)流板間距可根據(jù)最佳流速進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，能滿足大流量甚至超大流量、脈動頻率高的殼程流體換熱。

3.當(dāng)殼程流體為油液時(shí)，適用于粘度低和較清潔的油液換熱。

控制參數(shù)

1.管殼式換熱器的主要控制參數(shù)為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數(shù)等。

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(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)、熱交換站中熱交換器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)以最大工作壓力的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)的最高點(diǎn)至建筑結(jié)構(gòu)最低點(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)

《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》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碳鋼、不銹鋼和銅為主，其中碳鋼材質(zhì)的管板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手工電弧焊，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、微生物都會構(gòu)成對管板和焊縫的腐蝕，這就是我們常說的電化學(xué)腐蝕。研究表明，工業(yè)水無論是淡水還是海水，都會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)，還會產(chǎn)生電偶腐蝕?；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)，就會受到化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。另外，換熱器管板還會與換熱管之間產(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，傳統(tǒng)方法以補(bǔ)焊為主，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。現(xiàn)西方國家多采用高分子復(fù)合材料的方法進(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。