哈雷釬焊板式換熱器
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                  管殼式換熱器結構型式及經濟性比較

                  點擊:2301 日期:[ 2014-04-26 22:55:10 ]
                  劉 凱1,張素香2(1 中油股份撫順分公司,遼寧撫順 113000;2 遼寧石油化工大學機械學院,遼寧撫順 113000)  管殼式換熱器操作適應性廣,堅固耐用,可處理殼程壓力30MPa、管程壓力65MPa以下以及溫度為-196~+600℃的物料,采用特殊設計或材料,其操作范圍還可擴大。1 管殼式換熱器基本類型(1)固定管板式換熱器 結構簡單緊湊,往往是管板兼法蘭。適用于管、殼程溫差不大或管、殼程溫差大,但壓力不高,殼程介質干凈或雖結垢,但通過化學清洗能清除的場合。(2)浮頭式換熱器 管束一端的管板可以自由浮動,不受溫差應力的困擾,其結構復雜,內浮頭密封困難,鍛件多,造價高。維修時可只更換管束,適用于管、殼程溫差大但工作壓力不超過10MPa的工況,缺點是需要抽出管束。(3)U形管式換熱器 管束可自由伸縮,只有1塊管板,密封面少,可抽芯維修更換。適用場合為管、殼程溫差大,高溫,高壓。殼程需抽芯清洗,管內介質干凈或雖會結垢,但通過化學清洗能清除。(4)填函式換熱器 管束可自由伸縮,殼程和管程都可以拆開清洗,結構簡單,適用管、殼程溫差大工況。耐壓、耐溫及密封能力差,工作壓力不超過4 0MPa,不宜處理易揮發、易燃、易爆、有毒及貴重介質。(5)釜式重沸器 殼體上部作為蒸汽空間,相當于1塊理論塔盤,熱源由浮頭或U形管束提供,適用場合為管殼程溫差大,壓力不受限制,塔底空間較小,汽化率30%~80%,重沸器工藝介質的液相作為產品或分離要求高,但安裝空間受限制。用作蒸汽發生器時,對蒸汽品質要求不高。2 換熱管換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件,采用高效傳熱元件是改進換熱器傳熱性能最直接有效的方法。國內已使用的換熱管有以下幾種。(1)螺紋管 螺紋管也稱低翅片管,用光管軋制而成,適用于管外熱阻為管內熱阻1.5倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大,腐蝕易結垢物料的換熱。(2)T形翅片管 用于管外沸騰時,可有效降低物料泡核點,沸騰給熱系數提高1.6~3.3倍,是蒸發器、重沸器的理想用管。(3)表面多孔管 該管為光管表面形成1層多孔性金屬敷層,該敷層上密布的小孔能形成很多汽化中心,強化沸騰傳熱。(4)螺旋槽紋管 可強化管內物流間的傳熱,物料在管內靠近管壁部分流體順槽旋流,另一部分流體呈軸向渦流,前一種流動有利于減薄邊界層,后一種流動分離邊界層并增強流體擾動,傳熱系數提高1.3~1.7倍,但阻力降增加1.7~2.5倍。(5)波紋管 為擠壓成形的不銹鋼薄壁波紋管,管內、外都有強化傳熱的作用,但波紋管換熱器承壓能力不高,管心距大排管少,殼程短路不易控制。3 管殼式換熱器特殊結構(1)雙殼程結構 在換熱器管束中間設置縱向隔板,隔板與殼體內壁用密封片阻擋物流內漏,形成雙殼程。適用場合:①管程流量大殼程流量小時,采用此結構流速可提高一倍,給熱系數提高1.2~1.倍。②冷熱物流溫度交叉時,單殼程換熱器需要臺以上才能實現傳熱,用1臺雙殼程換熱器不僅可以實現傳熱,而且可得到較大傳熱溫差。(2)螺旋折流板換熱器 螺旋折流板可防止死區和返混,壓降較小。物流通過這種結構換熱器時溫度存在明顯的徑向變化,故不適用于有高熱效率要求的場合。(3)雙管板結構 在普通結構的管板處增加個管板,形成的雙管板結構用于收集泄漏介質,防止兩程介質混合。(4)高溫高壓密封結構?、俳饘侪h墊(八角墊或橢圓墊)。該結構加工簡單,密封可靠,但對于大直徑、高壓加氫換熱器金屬耗量大、金屬墊難以加工且密封不可靠。此種結構適用于壓力為6~9MPa直徑小于1000mm的工況。②螺紋鎖緊環結構。同鋼墊圈密封結構相比,其優點為密封可靠性好,金屬耗量較少。但機加工件較多,結構復雜,設計計算繁瑣,造價昂貴,不能準確排除管殼程間介質內漏,拆卸檢修比較復雜。結構見圖1。③密封蓋板封焊型這種結構具有螺紋鎖緊環結構所具備的許多優點,不同的是,它的管箱部分密封是靠在蓋板外周上施行密封焊來實現。④Ω環密封結構。1種新型高壓換熱器密封結構,其優點是主螺栓預緊載荷和操作載荷較小,減小了設備法蘭與主螺栓的尺寸和質量;拆卸檢修方便、密封可靠;制造簡單,造價低以及直徑、壓力、溫度適用范圍廣。其結構見圖2。4 3種換熱器綜合性能對比3種換熱器綜合對比見表1,表中緊湊性是換熱器總傳熱面積與其體積的比值,該值越大占地面積越小。經濟性是指單位傳熱面積的金屬耗量,該值越小造價越低。價格比指相同工況和材料下的相對價格比,并以固定管板作為基數。表中換熱器采用公稱壓力2.5MPa,6000mm管長作對比?! ≡谕葪l件下,固定管板式換熱器結構最緊湊,U形管式和浮頭式換熱器相當。固定管板式換熱器最經濟,浮頭式換熱器較差。若工況允許,選擇換熱器的次序為固定管板式、U形管式、浮頭式。5 結語20世紀管殼式換熱器的發展取得了巨大進步,但制約管殼式換熱器安全長周期使用的關鍵問題仍有待于進一步研究:①長周期運行中的腐蝕與防腐以及防腐材料的研究。②傳熱與流體力學更深層次的研究及其軟件開發。③強化傳熱技術與傳熱元件的研究開發,減少結垢、易于清洗、具有很高的傳熱 流體力學性能和抗振性能是研究方向。④簡單可靠的高溫高壓密封技術研究與開發。⑤研究更為可靠的制造方法,以有效保證換熱管與管板連接的質量。
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