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管殼式換熱器設(shè)計(jì)所需考慮的因素

換熱終溫的確定

換熱終溫一般由工藝過(guò)程的需要確定。當(dāng)換熱終溫可以選擇時(shí)，其數(shù)值對(duì)換熱器是否經(jīng)濟(jì)合理有很大的影響。在熱流體出口溫度與冷流體出口溫度相等的情況下，熱量利用效率，但是有效傳熱溫差，換熱面積。

另外，在確定物流出口溫度時(shí)，不希望出現(xiàn)溫度交叉現(xiàn)象，即熱流體出口溫度低于冷流體出口溫度。

設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇

對(duì)于一定的工藝條件，首先應(yīng)確定設(shè)備的形式，例如選擇固定管板形式還是浮頭形式等。參照下表1-7.

在換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中，強(qiáng)化傳熱總的目標(biāo)概括有：在給定換熱量下減少換熱器的尺寸；提高現(xiàn)有換熱器的性能；減小流動(dòng)工質(zhì)的溫差；或者降低泵的功率。

傳熱過(guò)程是指兩種流體通過(guò)硬設(shè)備的壁面進(jìn)行熱交換的過(guò)程，按照流體的傳熱方式基本上可以分為無(wú)相變和有相變兩種類型。無(wú)相變過(guò)程強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究，一般依據(jù)控制熱阻側(cè)而采取相應(yīng)的措施：

如采用擴(kuò)展管內(nèi)或者管外表面；采用管內(nèi)插異物；改變管束支撐件形式；加入不互溶的低沸點(diǎn)添加劑等方法，以增強(qiáng)傳熱效果。

管殼式換熱器

拉桿和定距管

折流板、支持板的固定一般采用拉桿或拉桿和定距管與管板固定。常用的固定結(jié)構(gòu)有兩種，即拉桿定距管結(jié)構(gòu)和點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖所示：

a） 拉桿定距管結(jié)構(gòu)，用于換熱管外徑大于或等于 19mm 的管束。

b） 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，用于換熱管外徑小于或等于 14mm 的管束。

1拉桿的尺寸

拉桿的連接尺寸按圖所示和表4確定。

表4 拉桿尺寸

2拉桿的布置

拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。對(duì)于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿。

雙殼程結(jié)構(gòu)

在殼程內(nèi)安裝一平行于換熱管軸線的矩形平板，即縱向隔板，將殼程一分為二，即雙殼程，見(jiàn)圖所示。這種結(jié)構(gòu)可以提高殼程物料流速，改善傳熱效果，即提高傳熱系數(shù)，從經(jīng)濟(jì)角度，一臺(tái)雙殼程換熱器比兩臺(tái)單管程換熱器便宜。

換熱器分類：

管殼式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為下列兩類。

1.剛性結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器：這種換熱器又成為固定管板式，通常可分為單管程和多管程兩種。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、造價(jià)便宜和應(yīng)用較廣；缺點(diǎn)是管外不能進(jìn)行機(jī)械清洗。

2.具有溫差補(bǔ)償裝置的管殼式換熱器：它可使受熱部分自由膨脹。該結(jié)構(gòu)形式又可分成：

① 浮頭式換熱器：這種換熱器的一端管板能自由伸縮，即所謂“浮頭”。他適用于管壁和殼壁溫差大，管束空間經(jīng)常清洗。但它的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工制造的費(fèi)用較高。

② U形管式換熱器：它只有一塊管板，因此管子在受熱或冷卻時(shí)，可以自由伸縮。這種換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但制造彎管的工作量較大，且由于管子需要有一定的彎曲半 徑，管板的利用率較差，管內(nèi)進(jìn)行機(jī)械清洗困難，拆換管子也不容易，因此要求通過(guò)管內(nèi)的流體是清潔的。這種換熱器可用于溫差變化大，高溫或高壓的場(chǎng)合。

③ 填料函式換熱器：它有兩種形式，一種是在管板上的每根管子的端部都有單獨(dú)的填料密封，以保證管子的自由伸縮，當(dāng)換熱器內(nèi)的管子數(shù)目很少時(shí)，才采用這種結(jié) 構(gòu)，但管距比一般換熱器要大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。另一種形式是在列管的一端與外殼做成浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，在浮動(dòng)處采用整體填料函密封，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但此種結(jié)構(gòu)不易用在直徑 大、壓力高的情況。填料函式換熱器現(xiàn)在很少采用。