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管壳式换热器:工业热交换的核心利器

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1. 分类方式按结构形式分类固定管板式换热器:这种换热器的管束两端通过焊接等方式固定在管板上,管板与壳体连接。它的结构简单,成本较低。但是,由于管束和壳体的热膨胀系数不同,当温差较大时,可能会在管子和壳体中产生热应力,导致管子变形或损坏。
浮头式换热器:浮头式换热器的一端管板是固定的,另一端的管板(浮头)可以在壳体内自由移动。这种结构能够有效地补偿管束和壳体之间的热膨胀差,适用于冷热流体温差较大的场合。
U形管式换热器:其管束呈U形,管子的两端都固定在同一管板上。这种结构使得管束能够自由伸缩,也能较好地适应热膨胀。而且,U形管式换热器只有一块管板,减少了管板与管子之间的连接点,降低了泄漏的可能性。不过,U形管内部清洗比较困难,因为管子是弯曲的,清洗工具难以深入。它常用于管内流体比较洁净、不易结垢的场合,如一些高温高压的气体换热过程。
按流体流经方式分类单程管壳式换热器:热流体和冷流体在换热器中只经过一次换热过程。这种换热器结构简单,但换热效率相对较低。通常适用于对换热效率要求不高或者流体流量较小的情况。
多程管壳式换热器:通过在管程和/或壳程设置隔板,使流体多次往返流动,从而增加流体的流速和换热时间,提高换热效率。例如,在一些大型的化工装置中,为了充分利用热能,会采用多程管壳式换热器来处理大量的流体。
2. 设计要点换热面积计算:换热面积是根据热交换的任务量来确定的。需要考虑流体的流量、温度变化以及两种流体的比热容等因素。在实际设计中,还要考虑一定的余量,以应对可能出现的工况变化。
材料选择:对于金属管壳式换热器,管子和壳体的材料选择至关重要。要考虑流体的腐蚀性、工作温度和压力等因素。如果流体具有较强的腐蚀性,像含有酸性物质的化工原料,就需要选择耐腐蚀的金属材料,如不锈钢、钛合金等。对于高温高压的工作环境,材料的强度和耐高温性能也是重点考虑因素,例如,在超临界锅炉的换热器中,可能会采用合金钢材料来满足设备的性能要求。
压力降设计:流体在管程和壳程流动时会产生压力降。压力降过大,会增加流体输送的能耗,并且可能影响整个系统的正常运行。在设计时,要通过合理选择管子直径、排列方式以及折流板的形式等因素来控制流体的流速,从而控制压力降。例如,在设计管程时,采用较小的管径可以增加换热面积,但同时也会增加流体的流速和压力降,所以需要综合考虑。
3. 制造工艺管子与管板的连接:这是金属管壳式换热器制造的关键环节。常见的连接方式有胀接和焊接。胀接是通过机械或液压等方式使管子产生塑性变形,使其紧密地贴合在管板的孔内,这种方式适用于压力较低、温度不高的场合。焊接则是将管子与管板通过焊接工艺连接在一起,它能提供更高的连接强度,适用于高压、高温等恶劣工况。在实际制造中,有时也会采用胀接 + 焊接的复合连接方式,以充分发挥两者的优势。
壳体制造:壳体一般是通过卷板、焊接等工艺制成圆筒形。在制造过程中,要保证壳体的圆度、直线度和壁厚均匀性。对于大型的壳体,还需要进行无损检测,如超声检测、射线检测等,以确保壳体的质量,防止出现焊接缺陷等问题。
组装过程:在组装换热器时,首先要将管束安装到管板上并固定好,然后将管束和管板一起装入壳体内。在这个过程中,要注意保护管束,防止管子被损坏。同时,还要安装折流板等部件,并且保证各个部件的安装位置准确,以确保流体能够按照设计的路径流动。
4. 操作与维护注意事项
操作方面:在启动换热器时,要缓慢引入流体,防止由于热冲击等因素导致设备损坏。例如,在启动过程中,先缓慢开启冷流体阀门,使冷流体逐渐充满换热器,然后再引入热流体,并且要控制热流体的流量和温度变化速度。在运行过程中,要密切关注流体的压力、温度、流量等参数,确保它们在设计范围内。如果出现异常情况,如压力突然升高或温度急剧下降,要及时采取措施,如调整阀门开度或停止设备运行。
维护方面:定期对换热器进行检查和维护是保证其长期稳定运行的关键。主要检查内容包括管子是否有泄漏、腐蚀、结垢等情况,管板和壳体的连接部位是否牢固等。对于结垢问题,根据垢层的性质和厚度,可以采用化学清洗或机械清洗的方法。化学清洗是利用化学试剂与垢层发生化学反应,将垢层溶解或剥离;机械清洗则是通过物理方法,如使用刷子、高压水枪等工具来清除垢层。
来源:压力容器工程师
化学焊接材料控制
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首次发布时间:2024-11-08
最近编辑:15天前
君雔
本科 | 高级工程师 压力容器工程师
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