什么是管壳式换热器.doc

1、管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。管壳式换热器由 壳 体 、 传 热 管 束 、 管 板 、 折 流 板 （ 挡 板 ） 和 管 箱 等 部 件 组成 。 壳 体 多 为 圆 筒 形 ， 内 部 装 有 管 束 ， 管 束 两 端 固 定 在 管 板 上 。 进 行 换 热 的冷 热 两 种 流 体 ， 一 种 在 管 内 流 动 ， 称 为 管 程 流 体 ； 另 一

2、种 在 管 外 流 动 ， 称 为壳 程 流 体 。 为 提 高 管 外 流 体 的 传 热 分 系 数 ， 通 常 在 壳 体 内 安 装 若 干 挡 板 。 挡板 可 提 高 壳 程 流 体 速 度 ， 迫 使 流 体 按 规 定 路 程 多 次 横 向 通 过 管 束 ， 增 强 流 体湍 流 程 度 。 换 热 管 在 管 板 上 可 按 等 边 三 角 形 或 正 方 形 排 列 。 等 边 三 角 形 排 列较 紧 凑 ， 管 外 流 体 湍 动 程 度 高 ， 传 热 分 系 数 大 ； 正 方 形 排 列 管 壳 式 换 热 器则 管 外 清 洗 方 便 ， 适 用 于 易 结

3、 垢 的 流 体 。 流 体 每 通 过 管 束 一 次 称 为 一 个 管 程 ； 每 通 过 壳 体 一 次 称 为 一 个 壳 程 。 图示 为 最 简 单 的 单 壳 程 单 管 程 换 热 器 ,简 称 为 1-1 型 换 热 器 。 为 提 高 管 内 流 体速 度 ,可 在 两 端 管 箱 内 设 置 隔 板 ， 将 全 部 管 子 均 分 成 若 干 组 。 这 样 流 体 每 次 只通 过 部 分 管 子 ， 因 而 在 管 束 中 往 返 多 次 ， 这 称 为 多 管 程 。 同 样 ， 为 提 高 管 外流 速 ， 也 可 在 壳 体 内 安 装 纵 向 挡 板 ， 迫

4、 使 流 体 多 次 通 过 壳 体 空 间 ， 称 为 多 壳程 。 多 管 程 与 多 壳 程 可 配 合 应 用 。 编 辑 本 段 管 壳 式 换 热 器 类 型由 于 管 内 外 流 体 的 温 度 不 同 ， 因 之 换 热 器 的 壳 体 与 管 束 的 温 度 也 不 同 。如 果 两 温 度 相 差 很 大 ， 换 热 器 内 将 产 生 很 大 热 应 力 ， 导 致 管 子 弯 曲 、 断 裂 ，或 从 管 板 上 拉 脱 。 因 此 ， 当 管 束 与 壳 体 温 度 差 超 过 50 时 ， 需 采 取 适 当 补 偿措 施 ， 以 消 除 或 减 少 热 应 力 。

5、 根 据 所 采 用 的 补 偿 措 施 ， 管 壳 式 换 热 器 可 分 为以 下 几 种 主 要 类 型 ： 固 定 管 板 式 换 热 器 管 束 两 端 的 管 板 与 壳 体 联 成 一 体 ， 结 构 简 单 ,但只 适 用 于 冷 热 流 体 温 度 差 不 大 ,且 壳 程 不 需 机 械 清 洗 时 的 换 热 操 作 。 当 温 度 差稍 大 而 壳 程 压 力 又 不 太 高 时 ， 可 在 壳 体 上 安 装 有 弹 性 的 补 偿 圈 ， 以 减 小 热 应力 。 浮 头 式 换 热 器 管 束 一 端 的 管 板 可 自 由 浮 动 ， 完 全 消 除 了 热 应

6、 力 ;且整 个 管 束 可 从 壳 体 中 抽 出 ,便 于 机 械 清 洗 和 检 修 。 浮 头 式 换 热 器 的 应 用 较 广 ，但 结 构 比 较 复 杂 ， 造 价 较 高 。 U 型 管 换 热 器 每 根 换 热 管 皆 弯 成 U 形 ， 两 端 分 别 固 定 在 同 一 管 板 上下 两 区 ， 借 助 于 管 箱 内 的 隔 板 分 成 进 出 口 两 室 。 此 种 换 热 器 完 全 消 除 了 热 应力 ， 结 构 比 浮 头 式 简 单 ， 但 管 程 不 易 清 洗 。 非 金 属 材 料 换 热 器 化 工 生 产 中 强 腐 蚀 性 流 体 的 换 热

7、 ， 需 采 用 陶 瓷 、 玻 璃 、聚 四 氟 乙 烯 、 石 墨 等 非 金 属 材 料 制 作 管 壳 式 换 热 器 。 其 中 以 碳 化 硅 为 主 要 材 质 的 陶 瓷 换 热 器 具 有 以 下 特 点 ： 陶 瓷 换 热 器 的 生 产 工 艺 与 窑 具 的 生 产 工 艺 基 本 相 同 ， 导 热 性 与 抗 氧 化 性能 是 材 料 的 主 要 应 用 性 能 。 它 的 原 理 是 把 陶 瓷 换 热 器 放 置 在 烟 道 出 口 较 近 ，温 度 较 高 的 地 方 ， 不 需 要 掺 冷 风 及 高 温 保 护 ， 当 窑 炉 温 度 1250-1450

8、时 ，烟 道 出 口 的 温 度 应 是 1000-1300 ， 陶 瓷 换 热 器 回 收 余 热 可 达 到 450-750 ，将 回 收 到 的 的 热 空 气 送 进 窑 炉 与 燃 气 形 成 混 合 气 进 行 燃 烧 ， 可 节 约 能 源25% 45%， 这 样 直 接 降 低 生 产 成 本 ， 增 加 经 济 效 益 。 陶 瓷 换 热 器 在 金 属 换 热 器 的 使 用 局 限 下 得 到 了 很 好 的 发 展 ， 因 为 它 较 好地 解 决 了 耐 腐 蚀 ， 耐 高 温 等 课 题 ， 成 为 了 回 收 高 温 余 热 的 最 佳 换 热 器 。 经 过多

9、年 生 产 实 践 ， 表 明 陶 瓷 换 热 器 效 果 很 好 。 它 的 主 要 优 点 是 ： 导 热 性 能 好 ，高 温 强 度 高 ， 抗 氧 化 、 抗 热 震 性 能 好 。 寿 命 长 ， 维 修 量 小 ， 性 能 可 靠 稳 定 ，操 作 简 便 。 是 目 前 回 收 高 温 烟 气 余 热 的 最 佳 装 置 。 目 前 ， 陶 瓷 换 热 器 可 以 用 于 冶 金 、 有 色 、 耐 材 、 化 工 、 建 材 等 行 业 主 要热 工 窑 炉 ， 正 在 为 世 界 的 节 能 减 排 事 业 作 出 了 巨 大 的 贡 献 。 流 道 的 选 择 进 行 换

10、 热 的 冷 热 两 流 体 ， 按 以 下 原 则 选 择 流 道 ： 不 洁 净和 易 结 垢 流 体 宜 走 管 程 ， 因 管 内 清 洗 较 方 便 ； 腐 蚀 性 流 体 宜 走 管 程 ， 以 免管 束 与 壳 体 同 时 受 腐 蚀 ； 压 力 高 的 流 体 宜 走 管 程 ， 以 免 壳 体 承 受 压 力 ； 饱 和 蒸 汽 宜 走 壳 程 ， 因 蒸 汽 冷 凝 传 热 分 系 数 与 流 速 无 关 ,且 冷 凝 液 容 易 排 出 ； 若 两 流 体 温 度 差 较 大 ,选 用 固 定 管 板 式 换 热 器 时 ， 宜 使 传 热 分 系 数 大 的 流 体走

11、壳 程 ， 以 减 小 热 应 力 。 操 作 强 化 当 管 壁 两 侧 传 热 分 系 数 相 差 很 大 时 （ 如 粘 度 小 的 液 体 与 气 体 间的 换 热 ） ， 应 设 法 减 小 传 热 分 系 数 低 的 一 侧 的 热 阻 。 如 果 管 外 传 热 分 系 数 小 ，可 采 用 外 螺 纹 管 （ 低 翅 片 管 ） ， 以 增 大 管 外 一 侧 的 传 热 面 积 和 流 体 湍 动 ， 减小 热 阻 。 如 果 管 内 传 热 分 系 数 小 ， 可 在 管 内 设 置 麻 花 铁 ， 螺 旋 圈 等 添 加 物 ，以 增 强 管 内 扰 动 ， 强 化 换

12、热 ， 当 然 这 时 流 体 的 流 动 阻 力 也 将 增 大 。 编 辑 本 段 1、 主 要 控 制 参 数管 壳 式 换 热 器 的 主 要 控 制 参 数 为 加 热 面 积 、 热 水 流 量 、 换 热 量 、 热 媒 参数 等 。 编 辑 本 段 2、 选 用 要 点1） 、 根 据 已 知 冷 、 热 流 体 的 流 量 ， 初 、 终 温 度 及 流 体 的 比 热 容 决 定 所 需的 换 热 面 积 。 初 步 估 计 换 热 面 积 ， 一 般 先 假 定 传 热 系 数 ， 确 定 换 热 器 构 造 ，再 校 核 传 热 系 数 K 值 。 2） 、 选 用 换

13、 热 器 时 应 注 意 压 力 等 级 ， 使 用 温 度 ， 接 口 的 连 接 条 件 。 在 压力 降 ， 安 装 条 件 允 许 的 前 提 下 ， 管 壳 式 换 热 器 以 选 用 直 径 小 的 加 长 型 ， 有 利于 提 高 换 热 量 。 3） 、 换 热 器 的 压 力 降 不 宜 过 大 ， 一 般 控 制 在 0.01 0.05MPa 之 间 ； 4） 、 流 速 大 小 应 考 虑 流 体 黏 度 ， 黏 度 大 的 流 速 应 小 于 0.5 1.0m/s； 一般 流 体 管 内 的 流 速 宜 取 0.4 1.0m/s； 易 结 垢 的 流 体 宜 取 0.8

14、 1.2m/s。 5） 、 高 温 水 进 入 换 热 器 前 宜 设 过 滤 器 。 6） 、 热 交 换 站 中 热 交 换 器 的 单 台 处 理 和 配 置 台 数 组 合 结 果 应 满 足 热 交 换站 的 总 供 热 负 荷 及 调 节 的 要 求 。 在 满 足 用 户 热 负 荷 调 节 要 求 的 前 提 下 ， 同 一个 供 热 系 数 中 的 换 热 器 台 数 不 宜 少 于 2 台 ， 不 宜 多 于 5 台 。 编 辑 本 段 3、 施 工 、 安 装 要 点1） 、 热 交 换 器 应 以 最 大 工 作 压 力 的 1.5 倍 做 水 压 试 验 ， 蒸 汽

15、部 分 应 不 低于 蒸 汽 供 汽 压 力 加 0.3MPa； 热 水 部 分 应 不 低 于 0.4MPa。 在 试 验 压 力 下 ， 保持 10min 压 力 不 降 。 2） 、 管 壳 式 换 热 器 前 端 应 留 有 抽 卸 管 束 的 空 间 ， 即 其 封 头 于 墙 壁 或 屋 顶的 距 离 不 得 小 于 换 热 器 的 长 度 ， 设 备 运 行 操 作 通 道 净 宽 不 宜 小 于 0.8m。 3） 、 各 类 阀 门 和 仪 表 的 安 装 高 度 应 便 于 操 作 和 观 察 。 4） 、 加 热 器 上 部 附 件 （ 一 般 指 安 全 阀 ） 的 最

16、高 点 至 建 筑 结 构 最 低 点 的 垂直 净 距 应 满 足 安 装 检 测 的 要 求 ， 并 不 得 小 于 0.2m。 编 辑 本 段 4、 执 行 标 准1） 、 产 品 标 准 管 壳 式 换 热 器 GB151-1999 导 流 型 容 积 式 水 加 热 器 和 半 容 积 式 水 加 热 器 (U 型 管 束 ) CJ/T 163-2002 2） 、 工 程 标 准 建 筑 给 水 排 水 及 采 暖 工 程 施 工 质 量 验 收 规 范 GB50242-2002 3） 、 相 关 标 准 图05R103 热 交 换 站 工 程 设 计 施 工 图 集 01S122-

17、1 10 水 加 热 器 选 用 及 安 装 编 辑 本 段 管 壳 式 换 热 器 腐 蚀 分 析管 壳 式 换 热 器 的 材 料 一 般 以 碳 钢 、 不 锈 钢 和 铜 为 主 ， 其 中 碳 钢 材 质 的 管板 在 作 为 冷 却 器 使 用 时 ， 其 管 板 与 列 管 的 焊 缝 经 常 出 现 腐 蚀 泄 漏 ， 泄 漏 物 进入 冷 却 水 系 统 污 染 环 境 又 造 成 物 料 浪 费 。 管 壳 式 换 热 器 在 制 作 时 ， 管 板 与 列 管 的 焊 接 一 般 采 用 手 工 电 弧 焊 ， 焊 缝形 状 存 在 不 同 程 度 的 缺 陷 ， 如 凹

18、 陷 、 气 孔 、 夹 渣 等 ， 焊 缝 应 力 的 分 布 也 不 均匀 。 使 用 时 管 板 部 分 一 般 与 工 业 冷 却 水 接 触 ， 而 工 业 冷 却 水 中 的 杂 质 、 盐 类 、气 体 、 微 生 物 都 会 构 成 对 管 板 和 焊 缝 的 腐 蚀 ， 这 就 是 我 们 常 说 的 电 化 学 腐 蚀 。研 究 表 明 ， 工 业 水 无 论 是 淡 水 还 是 海 水 ， 都 会 有 各 种 离 子 和 溶 解 的 氧 气 ， 其中 氯 离 子 和 氧 的 浓 度 变 化 ， 对 金 属 的 腐 蚀 形 状 起 重 要 作 用 。 另 外 ， 金 属 结

19、 构的 复 杂 程 度 也 会 影 响 腐 蚀 形 态 。 因 此 ， 管 板 与 列 管 焊 缝 的 腐 蚀 以 孔 蚀 和 缝 隙腐 蚀 为 主 。 从 外 观 看 ， 管 板 表 面 会 有 许 多 腐 蚀 产 物 和 积 沉 物 ， 分 布 着 大 小 不等 的 凹 坑 。 以 海 水 为 介 质 时 ， 还 会 产 生 电 偶 腐 蚀 。 化 学 腐 蚀 就 是 介 质 的 腐 蚀 ，换 热 器 管 板 接 触 各 种 各 样 的 化 学 介 质 ， 就 会 受 到 化 学 介 质 的 腐 蚀 。 另 外 ， 换热 器 管 板 还 会 与 换 热 管 之 间 产 生 一 定 的 双

20、金 属 腐 蚀 。 综 上 所 述 ， 影 响 管 壳 式 换 热 器 腐 蚀 的 主 要 因 素 有 ： （ 1） 介 质 成 分 和 浓 度 ： 浓 度 的 影 响 不 一 ， 例 如 在 盐 酸 中 ， 一 般 浓 度 越 大腐 蚀 越 严 重 。 碳 钢 和 不 锈 钢 在 浓 度 为 50%左 右 的 硫 酸 中 腐 蚀 最 严 重 ， 而 当 浓度 增 加 到 60%以 上 时 ， 腐 蚀 反 而 急 剧 下 降 ； （ 2） 杂 质 ： 有 害 杂 质 包 括 氯 离 子 、 硫 离 子 、 氰 离 子 、 氨 离 子 等 ， 这 些 杂质 在 某 些 情 况 下 会 引 起 严

21、 重 腐 蚀 （ 3） 温 度 ： 腐 蚀 是 一 种 化 学 反 应 ， 温 度 每 提 升 10 ， 腐 蚀 速 度 约 增 加13 倍 ， 但 也 有 例 外 ； （ 4） ph 值 ： 一 般 ph 值 越 小 ， 金 属 的 腐 蚀 越 大 ； （ 5） 流 速 ： 多 数 情 况 下 流 速 越 大 ， 腐 蚀 也 越 大 。 编 辑 本 段 管 壳 式 换 热 器 的 防 腐 保 护针 对 冷 却 塔 防 腐 问 题 ， 传 统 方 法 以 补 焊 为 主 ， 但 补 焊 易 使 管 板 内 部 产 生内 应 力 ， 难 以 消 除 ， 可 能 造 成 冷 却 塔 管 板 焊 缝

22、 再 次 渗 漏 。 现 西 方 国 家 多 采 用高 分 子 复 合 材 料 的 方 法 进 行 保 护 ， 其 中 应 用 最 多 的 是 美 嘉 华 技 术 产 品 。 其 具有 优 异 的 粘 着 性 能 及 抗 温 、 抗 化 学 腐 蚀 性 能 ， 在 封 闭 的 环 境 里 可 以 安 全 使 用而 不 会 收 缩 ， 特 别 是 良 好 的 隔 离 双 金 属 腐 蚀 和 耐 冲 刷 性 能 ， 从 根 本 上 杜 绝 了修 复 部 位 的 腐 蚀 渗 漏 ， 为 冷 却 塔 提 供 一 个 长 久 的 保 护 涂 层 。 高 分 子 材 料 快 速 治 理 换 热 器 渗 漏