大秦換熱器有限公司主營:板式換熱器、管殼式換熱器、全焊接式換熱器、半焊接式換熱器、釬焊式換熱器、螺旋板換熱器、換熱機組和風冷換熱器以及基於板式換熱器發展起來的海水淡化器、蒸發冷凝器及換熱機組等專業化的板式換熱器及裝置等的銷售與安裝。
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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麵作為傳熱麵的間壁式換熱器。這種換熱器結構較簡單,操作可靠,可用各種結構材料(主要是金屬材料)制造,能在高溫、高壓下使用,是目前應用最廣的類型。
結構
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,通常在殼體內安裝若乾擋板。擋板可提高殼程流體速度,迫使流體按規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,傳熱分系數大;正方形排列則管外清洗方便,適用於易結垢的流體。
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。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板,將全部管子均分成若乾組。這樣流體每次隻通過部分管子,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用。
類型
管殼式換熱器由於管內外流體的溫度不同,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,換熱器內將產生很大熱應力,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,以消除或減少熱應力。根據所采用的補償措施,管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型:
①固定管板式換熱器管束兩端的管板與殼體聯成一體,結構簡單,但隻適用於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,以減小熱應力。
③U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,借助於管箱內的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除瞭熱應力,結構比浮頭式簡單,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,通過改變流體運動狀態來增加傳熱效果,當介質經過渦流管表麵時,強力沖刷管子表麵,從而提高換熱效率。最高可達10000W/m2℃。同時這種結構實現瞭耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式,在換熱管表麵形成繞流,對流換熱系數降低。
據【換熱設備推廣中心】的資料顯示,渦流熱膜換熱器的最大特點在於經濟性和安全性統一。由於考慮瞭換熱管之間,換熱管和殼體之間流動關系,不再使用折流板強行阻擋的方式逼出湍流,而是靠換熱管之間自然誘導形成交替漩渦流,並在保證換熱管不互相摩擦的前提下保持應有的顫動力度。換熱管的剛性和柔性配置良好,不會彼此碰撞,既克服瞭浮動盤管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問題,又避免瞭普通管殼式換熱器易結垢的問題。
性能對比
對比項目 | 浮動盤管換熱器 | 螺紋管換熱器 | 渦流熱膜換熱器 |
適用介質種類 | 蒸汽、水 | 蒸汽、水 | 弱腐蝕性化工原料、蒸汽、水 |
介質的參數范圍 | 溫度:0-150度 壓力:0-1.0MPa | 溫度:0-150度 壓力:0-1.6MPa | 溫度:-40-400度 壓力:0-10.0MPa |
熱效率 | 熱效率=92% | 熱效率=93% | 熱效率=96% |
防垢性能 | 自動除垢 | 人工除垢 | 具有防垢功能 |
耐震、噪音 | 振動較大,噪音大 | 振動較小,噪音小 | 振動微弱,噪音小 |
試用壽命 | 7年左右 | 10年左右 | 20年左右 |
維修 | 停機維修,更換管束 | 停機維修,拔管再脹管 | 無需維修 |
選用要點
1)、根據已知冷、熱流體的流量,初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱麵積。初步估計換熱麵積,一般先假定傳熱系數,確定換熱器構造,再校核傳熱系數K值。
2)、選用換熱器時應註意壓力等級,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,有利於提高換熱量。
3)、換熱器的壓力降不宜過大,一般控制在0.01~0.05MPa之間;
4)、流速大小應考慮流體黏度,黏度大的流速應小於0.5~1.0m/s;一般流體管內的流速宜取0.4~1.0m/s;易結垢的流體宜取0.8~1.2m/s。
5)、高溫水進入換熱器前宜設過濾器。
6)、熱交換站中熱交換器的單臺處理和配置臺數組合結果應滿足熱交換站的總供熱負荷及調節的要求。在滿足用戶熱負荷調節要求的前提下,同一個供熱系數中的換熱器臺數不宜少於2臺,不宜多於5臺。
安裝要點
1)、熱交換器應以最大工作壓力的1.5倍做水壓試驗,蒸汽部分應不低於蒸汽供汽壓力加0.3MPa;熱水部分應不低於0.4MPa。在試驗壓力下,保持10min壓力不降。
2)、管殼式換熱器前端應留有抽卸管束的空間,即其封頭於墻壁或屋頂的距離不得小於換熱器的長度,設備運行操作通道凈寬不宜小於0.8m。
3)、各類閥門和機表的安裝高度應便於操作和觀察。
4)、加熱器上部附件(一般指安全閥)的最高點至建築結構最低點的垂直凈距應滿足安裝檢測的要求,並不得小於0.2m。
執行標準
產品標準
《管殼式換熱器》GB151-1999
《導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
工程標準
《建築給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》GB50242-2002
相關標準圖
05R103 熱交換站工程設計施工圖集
01S122-1~10水加熱器選用及安裝
腐蝕分析
管殼式換熱器在制作時,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,焊縫應力的分佈也不均勻。使用時管板部分一般與工業冷卻水接觸,而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕,這就是我們常說的電化學腐蝕。研究表明,工業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,金屬結構的復雜程度也會影響腐蝕形態。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,管板表麵會有許多腐蝕產物和積沉物,分佈著大小不等的凹坑。以海水為介質時,還會產生電偶腐蝕。化學腐蝕就是介質的腐蝕,換熱器管板接觸各種各樣的化學介質,就會受到化學介質的腐蝕。另外,換熱器管板還會與換熱管之間產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重。碳鋼和不銹鋼在濃度為50%左右的硫酸中腐蝕最嚴重,而當濃度增加到60%以上時,腐蝕反而急劇下降;
(2)雜質:有害雜質包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等,這些雜質在某些情況下會引起嚴重腐蝕
(3)溫度:腐蝕是一種化學反應,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:多數情況下流速越大,腐蝕也越大。
防腐保護
針對冷卻塔防腐問題,傳統方法以補焊為主,但補焊易使管板內部產生內應力,難以消除,可能造成冷卻塔管板焊縫再次滲漏。現西方國傢多采用高分子復合材料的方法進行保護。其具有優異的粘著性能及抗溫、抗化學腐蝕性能,在封閉的環境裡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,從根本上杜絕瞭修復部位的腐蝕滲漏,為冷卻塔提供一個長久的保護塗層。
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