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【菱泰能源】动态图解各种换热器工作原理和特点

本文来源: 菱泰能源 责任编辑: 发布日期:2018-11-30

U形管式换热器

     每根管子都弯成U形,固定在同一侧管板上,每根管可以自由伸缩,也是为了消除热应力。

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性能特点:


◆  此类换热器的特点是管束可以自由伸缩,不会因管壳之间的温差而产生热应力,热补偿性能好;管程为双管程,流程较长,流速较高,传热性能较好;承压能力强;管束可从壳体内抽出,便于检修和清洗,且结构简单,造价便宜。


◆  其缺点是管内清洗不便,管束中间部分的管子难以更换,又因最内层管子弯曲半径不能太小,在管板中心部分布管不紧凑, 所以管子数不能太多,且管束中心部分存在间隙,使壳程流体易于短路而影响壳程换热。


◆  此外,为了弥补弯管后管壁 的减薄,直管部分需用壁较厚的管子。这就影响了它的使用场合,仅宜用于管壳壁温相差较大,或壳程介质易结垢而管程介质清洁及不易结垢,高温、高压、腐蚀性强的情形。


沉浸式蛇管换热器

      沉浸式蛇管换热器以蛇形管作为传热元件的换热器,是间壁式换热器种类之一。根据管外流体冷却方式的不同,蛇管式换热器又分为沉浸式和喷淋式。


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优点:

      这是一种古老的换热设备。它结构简单,制造、安装、清洗和维修方便,便于防腐,能承受高压,价格低廉,又特别适用于高压流体的冷却、冷凝,所以现代仍得到广泛应用。


缺点:

       由于容器体积比管子的体积大得多、笨重、单位传热面积金属耗量多,因此管外流体的表面传热系数较小。为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。


列管式换热器

      冷流体走管内,热流体经折流板走管外,冷、热流体通过间壁换热


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性能特点:


      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2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。


螺旋板式换热器

    由两块相互平行的钢板,卷制成相互隔开的螺旋形流道。螺旋板的两端焊有盖板。冷热流体分别在两流道内流动。


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性能特点:


1、传热效率高(性能好)

一般认为螺旋板式换热器的传热效率为列管式换热器的1~3倍。等截面单通道不存在流动死区,定距柱及螺旋通道对流 动的扰动降低了流体的临界雷诺数,水水换热时螺旋板式换热器的传热系数最大可达3000W/(㎡·K)。


2、有效回收低温热能

螺旋板式换热器由两张卷制而成,进行余热回收,充分利用低温热能。


3、运行可靠性强

不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封,因而具有较高的密封性,保证2种工作介质不混合。


4、阻力小

在壳体上的接管采用切向结构。比较低的压力损失,处理大容量蒸汽或气体;有自清刷能力,因其介质呈螺旋型流动 ,污垢不易沉积;清洗容易,可用蒸汽或碱液冲洗,简单易行,适合安装清洗装置;介质走单通道,允许流速比其他换热器高。


5、可多台组合使用

单台设备不能满足使用要求时,可以多台组合使用,但组合时必须符合下列规定:并联组合、串联组合、设备和通道 间距相同。混合组合:一个通道并联,一个通道串联。


喷淋式换热器

     热流体在裸露的管中流过,冷却水喷淋流过蛇管


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性能特点:


      这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上,热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多。另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用。因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。


热管换热

      一根密封的金属管子,管内壁覆盖一层有毛细结构材料作成的芯网,其中间是空的。管内装有一定量的热载体(如液氨、氟利昂等),被气化,流向冷端,蒸汽在冷端被冷凝,放出汽化潜热,而加热了冷流体。冷凝液又流回热端,如此反复


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性能特点:


1、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开,在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。


2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动,可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动,由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数,用于品位较低的热能回收场合非常经济。


3、对于含尘量较高的流体,热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。


4、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时,可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度,使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。




套管式换热器

     冷、热流体分别在内管和套管中流动并换热。

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优点:

这种换热器具有若干突出的优点,所以至今仍被广泛用于石油化工等工业部门。


①结构简单,传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成,安装时无需另外加工。

②传热效能高。它是一种纯逆流型换热器,同时还可以选取合适的截面尺寸,以提高流体速度,增大两侧流体的传热 系数,因此它的传热效果好。液-液换热时,传热系数为 870~1750W/(m 2 ·℃)。这一点特别适合于高压、小流量、 低传热系数流体的换热。套管式换热器的缺点是占地面积大;单位传热面积金属耗量多,约为管壳式换热器的5倍;管 接头多,易泄漏;流阻大。


③结构简单,工作适应范围大,传热面积增减方便,两侧流体均可提高流速,使传热面的两侧都可以有较高的传热系数,是单位传热面的金属消耗量大,为增大传热面积、提高传热效果,可在内管外壁加设各种形式的翅片,并在内管中加设刮膜扰动装置,以适应高粘度流体的换热。


④可以根据安装位置任意改变形态,利于安装。


缺点:


①检修、清洗和拆卸都较麻烦,在可拆连接处容易造成泄漏。


②生产中,有较多材料选择受限,由于套管式换热器大多是内管中不允许有焊接,因为焊接会造成受热膨胀开裂,而 套管式换热器大多数为了节省空间选择,弯制,盘制成蛇管形态,故有较多特殊的耐腐蚀材料无法正常生产。


③套管换热器国内还没有形成统一的焊接标准,各个企业都是根据其他换热产品经验选择焊接方式,所以,套管式换热器的焊接处,出现各类问题司空见惯,需要经常注意检查,保养。

                                                  

具有补偿圈的换热器

      当流体为高温换热时,由于壳体与管束因温度相差太大,引起不同的热膨胀率,补偿圈就是为了消除这种热应力。


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浮头式换热器


      两端的管板,有一段不与壳体相连,可以在管长方向自由浮动,当壳体与管束因温度不同而引起不同的热膨胀时,可 以消除热应力。

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优点:


1)管束可以抽出,以方便清洗管、壳程;

2)介质间温差不受限制;

3)可在高温、高压下工作;

4)可用于结垢比较严重的场合;

5)可用于管程易腐蚀场合。

缺点:


1)小浮头易发生内漏;

2)金属材料耗量大,成本高20%;

3)结构复杂。


夹套式换热器

       夹套式换热器是间壁式换热器的一种,在容器外壁安装夹套制成。


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性能特点:


        结构简单,但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅 拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其他增加湍动的措施,以提高夹套一侧 的给热系数。为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。


板翅式换热器

       由隔板、肋片和侧条组成单元体,多个单元体经逆流或错流组装为组装件,再将带有集流出口的集流箱焊接到组装件上。由于材料轻薄,换热面积与换热器体积之比可达4000 /m³。


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性能特点:


1)传热效率高,由于肋片对流体的扰动使边界层不断破裂,因而具有较大的换热系数;同时由于隔板、肋片很薄,具有高导热性,所以使得板肋式换热器可以达到很高的效率。


2)紧凑,由于板肋式换热器具有扩展的二次表面,使得它的比表面积可达到1000㎡/m³。


3)轻巧,原因为紧凑且多为铝合金制造,现在钢制,铜制,复合材料等的也已经批量生产 。


4)适应性强,板肋式换热器可适用于:气-气、气-液、液-液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换 热。通过流道的布置和组合能够适应:逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本,通过积木式组合扩大互换性。

5)制造工艺要求严格,工艺过程复杂。


6)容易堵塞,不耐腐蚀,清洗检修很困难,故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的 场合。


涡流热膜换热器

       流热膜换热器体积只有传统管壳式换热器的1/5,采用全不锈钢焊接结构。既具有钎焊板式换热器体积小、耐高温的优 势,又克服了框架板式换热器胶条老化、维护费用高的缺陷,它采用经纳米技术处理的不锈钢涡流管作为换热元件, 极大提高了换热器的整体性能。

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性能特点:


1)高效节能,该换热器传热系数为6000~8000W/(㎡·℃


2)全不锈钢制作,使用寿命长,可达20a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。

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