换热器工作原理

管壳式换热器的三种分类管壳式换热器按照应力赔偿的方式不一样，可以分为如下三个种类：1、固定管板式换热器固定管板式换热器是构造最为简朴的管壳式换热器，它的传热管束两端管板是直接与壳体连成一体的，壳体上安装有应力赔偿圈，可以在固定管板式换热器内部温差较大时减小热应力。固定管板式换热器的热应力赔偿较小，不能适应温差较大的工作。2、浮头式换热器浮头式换热器是管壳式换热器中使用最广泛的一种，它的应力消除原理是将传热管束一段的管板放开，任由其在一定的空间内自由浮动而消除热应力。浮头式换热器的传热管束可以从壳体中抽出，清洗和维修都较为以便，不过由于构造复杂，因此浮头式换热器的价格较高。3、U型管换热器U型管换热器的换热器传热管束是呈U形弯曲换热器，管束的两端固定在同一块管板的上下部位，再由管箱内的隔板将其分为进口和出口两个部分，而完全消除了热应力对管束的影响。U型管换热器的构造简朴、应用以便，但很难拆卸和清洗。管壳式换热器,管壳式换热器构造原理管壳式换热器由一种壳体和包括许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种老式的原则换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，尤其是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。一般的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃如下，在个别状况下还可到达更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米如下，管子长度在9米如下,在个别状况下也有更大或更长的。工作原理和构造图1[固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造。A流体从接管1流入壳体内，通过管间从接管2流出。B流体从接管3流入,通过管内从接管4流出。假如A流体的温度高于B流体,热量便通过管壁由A流体传递给B流体；反之，则通过管壁由B流体传递给A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体(A流体)。管子和管箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B流体)。管壳式换热器重要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。一般壳体为圆筒形;管子为直管或U形管。为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3种最为常见。按三角形布置时，在相似直径的壳体内可排列较多的管子，以增长传热面积，但管间难以用机械措施清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置某些折流板，引导壳程流体多次变化流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同步对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加紧流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m(℃)〕;用水冷却气体时,为10～280W/(m(℃)；用水冷凝水蒸汽时,为570～4000W/(m(℃)。特点管壳式换热器是换热器的基本类型之一，19世纪80年代开始就已应用在工业上。这种换热器构造结实,处理能力大、选材范围广，适应性强，易于制造,生产成本较低，清洗较以便，在高温高压下也能合用。但在传热效能、紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先进。分类管壳式换热器按构造特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前3种应用比较普遍。固定管板式换热器它是管壳式换热器的基本构造形式（图1[固定管板式换热器]）。管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上。在操作状态下由于管子与壳体的壁温不一样，两者的热变形量也不一样，从而在管子、壳体和管板中产生温差应力。这一点在分析管板强度和管子与管板连接的可靠性时必须予以考虑。为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器一般只在合适的温差应力范围、壳程压力不高的场所下采用。固定管板式换热器的构造简朴、制导致本低，但参与换热的两流体的温差受一定限制；管间用机械措施清洗有困难，须采用化学措施清洗，因此规定壳程流体不易结垢。浮头式换热器图2[浮头式换热器]为浮头式换热器的构造。管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓连接，形成可在壳体内自由移动的浮头。由于壳体和管束间没有互相约束，虽然两流体温差再大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。对于图2a[浮头式换热器]中的构造，拆下管箱可将整个管束直接从壳体内抽出。为减小壳体与管束之间的间隙，以便在相似直径的壳体内排列较多的管子，常采用图2b[浮头式换热器]的构造，即把浮头管板夹持在用螺栓连接的浮头盖与钩圈之间。但这种构造装拆较麻烦。浮头式换热器合用于温度波动和温差大的场所；管束可从壳体内抽出用机械措施清洗管间或更换管束。但与固定管板式换热器相比，它的构造复杂、造价高。U型管式换热器一束管子被弯制成不一样曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上,构成管束（图3[U型管式换热器]）。管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。管束的U形端不加固定，可自由伸缩,故它合用于两流体温差较大的场所；又因其构造较浮头式换热器简朴,只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少,造价较低,也合用于高压流体的换热。但管子有U形部分，管内清洗较直管困难，因此规定管程流体清洁，不易结垢。管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。相似直径的壳体内，U形管的排列数目较直管少,对应的传热面积也较小。双重管式换热器将一组管子插入另一组对应的管子中而构成的换热器（图4[双重管式换热器]）。管程流体（B流体）从管箱进口管流入,通过内插管抵达外套管的底部，然后返向，通过内插管和外套管之间的环形空间，最终从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它合用于温差很大的两流体换热。但管程流体的阻力较大，设备造价较高。填函式换热器图5[填函式换热器]为填函式换热器的构造。管束一端与壳体之间用填料密封。管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后,可将管束抽出壳体外,便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相似的长处。由于减少了壳体大盖，它的构造较浮头式换热器简朴，造价也较低；但填料处轻易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不适宜过大。双管板换热器管子两端分别连接在两块管板上(图