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  • 套管换热器

    套管式换热器是一种交换热能的设备,在制冷、石化、化工、新能源、食品、药品等行业中广泛的使用。 原本单一的传热方式和传热效率已经不能满足实际工作和生产,目前国内外研究者对套管式换热器提出了很多种改进方案,以延长套管式换热器的使用寿命,加强其使用效率。

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    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 套管换热器 英文名: double-pipe heat interchanger
    发展趋势: 研究传热效果更好的换热器 问题: 材料选择

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    简介/套管换热器 编辑

    套管式换热器是目前石油化工生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体(包括内壳和外壳)、U型肘管、填料函等组成。所需管材,可分别采用普通碳钢、铸铁、铜、钛、陶瓷玻璃等制作。管子一般被固定在支架上。两种不同介质可在管内逆向流动(或同向)以达到换热的目的。

    在进行逆向换热时,热流体由上部进入,而冷流体由下部进入,热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。热流体由进入端到出口端流过的距离称之为管程;流体由壳体的接 管进入,从壳体上的一端引入到另一端流出,通过这种方式传热的换热器称为壳程套管式换热器。

    由于套管式换热器被广泛的应用在石油化工、制冷等工业部门,原本单一的传热方式和传热效率已经不能满足实际工作和生产,目前国内外研究者对套管式换热器提出了很多种改进方案,以延长套管式换热器的使用寿命,加强其使用效率。 [1] 

    分类/套管换热器 编辑

    1、固定管板式换热器

    这类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。

    2、浮头式换热器

    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。

    3、填料函式换热器

    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。

    4、U型管式换热器

    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。

    特点/套管换热器 编辑

    有一定的温度补偿能力、处理量大、能承受高压、可应用于各种传热场合优点。 [2] 

    研究问题/套管换热器 编辑

    套管式换热器虽然具备了很多其他换热器所没有的优势,但是依然有很多缺点和不足,依然有很多有待改进的地方。

    1、改进后的套管式换热器,如固定管板式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器、U型管式换热器虽然在传热性能上有所提升,但是研究方向忽视了流体对换热器效率本身的影响,不同流体速率下套管换热器的换热系数存在差异。如何通过改进流体流动速率,从而改变换热系数提高换热效率未被大家所重视。从改变换热器性能指标上出发,采用多种方式综合提升换热器效率是更加有效的改进方向。

    2、换热器设计时管子与管子的连接、管板结构、温差应力、拉脱力以及换热器材料和冷却介质的选择。 [1] 

    发展趋势/套管换热器 编辑

    套管式换热器作为一种主流的换热器,被广泛的用于制冷、石化、化工,新能源等工业领域。由于套管式换热器是被广泛使用的,其本身的传热效率的提高能为我们的工业生产提供更为高效和节能的生产方式,提高生产率,减少能源消耗,对于制冷、石化、化工、新能源等工业领域的生产率能起到至关重要的作用。

    随着国家环保节能、可持续发展政策的提出,人们环保意识的增长,新技术的日益更新,新材料的不断出现,国家和企业对新型高效环保节能的套管式换热器的要求将会越来越高。通过对套管式换热器的传热过程和传热系数的研究,套管式换热器的实际工作环境、安全可靠性、安装、操作、维修等方面的研究,提出新的方法和理论,改进换热器的工作效率。传热性能更好,造价更低的各种新型材料将会在套管式换热器的设计和制造中大量出现和使用。在设备工程中,节能环保始终排在优先地位。套管式换热器的设计也不例外,如何利用更小的能耗更低的污染来试验热量传导的最大化是套管式换热器以后发展的重中之重。 [2] 

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