列管式换热器(tubular exchanger)是目前化工及酒精生产上应用至广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ,可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时,一种流体由封头的连结管处进入,在管流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另一种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程列管式换热器。
种类
固定管板式
列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以至管子扭弯或使管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置,一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时,为安全起见,换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于60~70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿的作用,就应考虑其他结构。
浮头式
换热器的一块管板用法兰与外壳相连接,另一块管板不与外壳连接,以使管子受热或冷却时可以自由伸缩,但在这块管板上连接一个顶盖,称之为“浮头”,所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是:管束可以拉出,以便清洗;管束的膨胀不变壳体约束,因而当两种换热器介质的温差大时,不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂,造价高。
填料函式
这类换热器管束一端可以自由膨胀,结构比浮头式简单,造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能,壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。
U型管式
U形管式换热器,每根管子都弯成U形,两端固定在同一块管板上,每根管子皆可自由伸缩,从而解决热补偿问题。管程至少为两程,管束可以抽出清洗,管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难,管子更换困难,管板上排列的管子少。优点是结构简单,质量轻,适用于高温高压条件。
涡流热膜
涡流热膜换热器采用至新的涡流热膜传热技术,通过改变流体运动状态来增加传热效果,当介质经过涡流管表面时,强力冲刷管子表面,从而提高换热效率。至高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式,在换热管表面形成绕流,对流换热系数降低。
据【换热设备推广中心】的资料显示,涡流热膜换热器的至大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间,换热管和壳体之间流动关系,不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流,而是靠换热管之间自然诱导形成交替漩涡流,并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好,不会彼此碰撞,既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题,又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。
涡流热膜换热器性能特点:
1.高效节能,该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C;
2.全不锈钢制作,使用寿命长,可达20年以上,十年内出现换热器质量问题免费更换;
3.改层流为湍流,提高了换热效率,降低了热阻;
4.换热速度快,耐高温(400℃),耐高压(2.5Mpa);
5.结构紧凑,占地面积小,重量轻,安装方便,节约土建投资;
6.设计灵活,规格齐全,实用针对性强,节约资金;
7.应用条件广泛,适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换;
8.维护费用低,易操作,清垢周期长,清洗方便。
9.采用纳米热膜技术,显著增大传热系数。
10.应用领域广阔,可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。
涡流热膜换热器性能对比:
对比项目 |
浮动盘管换热器 |
螺纹管换热器 |
涡流热膜换热器 |
适用介质种类 |
蒸汽、水 |
蒸汽、水 |
弱腐蚀性化工原料、蒸汽、水 |
介质的参数范围 |
温度:0-150度 |
温度:0-150度 |
温度:-40-400度 |
热效率 |
热效率=92% |
热效率=93% |
热效率=96% |
防垢性能 |
自动除垢 |
人工除垢 |
具有防垢功能 |
耐震、噪音 |
振动较大,噪音大 |
振动较小,噪音小 |
振动微弱,噪音小 |
试用寿命 |
7年左右 |
10年左右 |
20年左右 |
维修 |
停机维修,更换管束 |
停机维修,拔管再胀管 |
无需维修 |
折流挡板
为提高壳程流体流速,往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种,前者更为常用。
多壳程
列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响,采取各种补偿的办法,消除或减小热应力,根据所采取的温差补偿措施。
技术参数
公称直径 |
管程数 |
管子数量 |
换热面积 公称值/计算值 |
管程通道截面积 管程通道流速为0.5m/sec时的流量m/hr |
公称压力 |
|
|
|
|
|
管子长度(m) |
φ25×2.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1500 |
2000 |
3000 |
4000 |
6000 |
φ25×2 |
|
|
|
|
|
159 |
1 |
14 |
1.51.62 |
22.17 |
33.27 |
|
|
0.0044/ |
7.92/ |
|
219 |
1 |
26 |
3/3.00 |
4/4.02 |
6/6.06 |
8/8.1 |
|
0.0082/ |
14.76/ |
|
|
2 |
26 |
3/3.00 |
4/4.02 |
6/6.06 |
8/8.81 |
|
0.0041/ |
7.38/ |
|
273 |
1 |
44 |
5/5.08 |
7/5.18 |
10/10.26 |
14/13.72 |
21/20.63 |
0.0138/ |
24.84/ |
|
|
2 |
40 |
5/4.62 |
6/6.19 |
9/9.33 |
12/12.47 |
19/18.76 |
0.0063/ |
11.24/ |
|
325 |
1 |
60 |
7/6.93 |
9/9.28 |
14/14.00 |
19/18.71 |
28/28.13 |
0.0188/ |
33.84/ |
|
|
2 |
56 |
6/6.47 |
9/8.66 |
13/13.05 |
17/17.46 |
36/26.26 |
0.0088/ |
15.84/ |
|
400 |
1 |
119 |
14/13.47 |
18/18.41 |
28/27.76 |
37/37.10 |
55/55.8 |
0.0374/ |
67.32/ |
|
|
2 |
110 |
13/12.70 |
17/17.02 |
26/25.66 |
34/34.20 |
50/51.58 |
0.0173/ |
31.14/ |
|
500 |
1 |
185 |
|
|
45/4.15 |
55/57.68 |
85/86.74 |
0.0581/ |
104.58/ |
|
|
2 |
180 |
|
|
40/41.99 |
55/57.68 |
85/86.74 |
0.0283/ |
50.94/ |
|
600 |
1 |
269 |
|
|
60/62.7 |
85/83.88 |
125/126.13 |
0.0845/ |
152.10/ |
|
|
2 |
266 |
|
|
60/32.05 |
80/82.94 |
125/14.72 |
0.0418/ |
75.24/ |
|
700 |
1 |
379 |
|
|
90/88.41 |
120/118.17 |
175/177.71 |
0.0091/ |
214.38/ |
|
|
2 |
358 |
|
|
85/83.51 |
110/111.62 |
165/167.85 |
0.0562/ |
101.16/ |
|
800 |
1 |
511 |
|
|
120/119.20 |
160/159.16 |
240/239.60 |
0.1605/ |
288.90/ |
|
|
2 |
488 |
|
|
115/113.83 |
150/152.16 |
230/228.81 |
0.0767/ |
138.06/ |
|
900 |
1 |
649 |
|
|
150/151.39 |
200/202.36 |
305/304.3 |
0.2039/ |
367.02/ |
|
|
2 |
630 |
|
|
145/146.96 |
195/196.44 |
295/295.40 |
0.0990/ |
178.20/ |
|
1000 |
1 |
805 |
|
|
185/187.78 |
250/251.00 |
375/377.45 |
0.2529/ |
455.22/ |
|
|
2 |
792 |
|
|
185/184.75 |
245/246.95 |
370/371.36 |
0.1244/ |
223.92/ |
|