換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備,又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位,其在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等,應(yīng)用廣泛。例如電廠低溫用聚四氟乙烯換熱器是發(fā)電廠為降低排煙溫度進(jìn)行余熱回收的新型裝置設(shè)備。采用氟塑料換熱器,能夠防止酸腐蝕,并將煙氣溫度降至100度以內(nèi)。鄭州工業(yè)大學(xué)研制成功聚四氟乙烯(簡(jiǎn)稱F-4)管板限脹施壓加熱焊接"工藝,解決了氟塑料管子與管板連接的關(guān)鍵技術(shù)。隨后,國(guó)產(chǎn)各種類型的換熱器陸續(xù)投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用并取得良好的效果。

結(jié)構(gòu)分類

可分為:浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。

固定管板式

固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。換熱管可為光管或螺紋管。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造成本低,能得到較小的殼體內(nèi)徑,管程可分成多樣,殼程也可用縱向隔板分成多程,規(guī)格范圍廣, 故在工程中廣泛應(yīng)用。

主要特點(diǎn)固定管板式換熱器主要有外殼，管板.管束、管箱等部件構(gòu)成。在圓形外殼內(nèi),裝入平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上,兩塊管板與外管直接焊接,裝有進(jìn)口或出口管的管箱用螺栓與外殼兩端法蘭相連。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,沒有殼側(cè)密封連接,相同的殼體內(nèi)徑排管多,在有折流板的流動(dòng)中旁路

較小。管程可以分成任何管程數(shù),因兩個(gè)管板由管子互相支撐,故在各種管殼式換熱器中它的管板薄,造價(jià)低,因而得到廣泛應(yīng)用。這種換熱器的缺點(diǎn)是:殼程清洗困難,有溫差應(yīng)力存在。當(dāng)冷熱兩種流體的平均溫差較大,或殼體和傳熱管材料膨脹系數(shù)相差較大,熱應(yīng)力超過材料的許用應(yīng)力時(shí)。在殼體上需設(shè)膨脹節(jié),由于膨脹節(jié)強(qiáng)度的限制,殼程壓力不能太高。這種換熱器適用于兩種介質(zhì)溫差不大, 或溫差較大但殼程壓力不高,及殼程介質(zhì)清潔,不易結(jié)垢的場(chǎng)臺(tái)。

U型管式

此類換熱器的特點(diǎn)是管束可以自由伸縮,不會(huì)因管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力,熱補(bǔ)償性能好:管程為雙管程，流程較長(zhǎng),流速較高,傳熱性能較好;承壓能力強(qiáng):管束可從殼體內(nèi)抽出,便于檢修和清洗,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜.但管內(nèi)清洗不便，管束中間部分的管子難以更換,又因內(nèi)層管子彎曲半徑不能太小,在管板中 心部分布管不緊湊,所以管子數(shù)不能太多，且管束中 心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換熱。此外,為了彌補(bǔ)彎管后管壁的減薄，直管部分需用壁較厚的管子.這就影響了它的使用場(chǎng)合,僅宜用于管殼壁溫相差較大,或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔及不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的情形。

浮頭式

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快,新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要,中國(guó)對(duì)某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn),形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求:

(1)合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件;

(2)結(jié)構(gòu)可靠;

(3)便于制造、安裝、操作和維修;

(4)經(jīng)濟(jì)上合理。

浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定,而另一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動(dòng),殼體和管束對(duì)膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的溫差較大時(shí),管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu),使管束能容易的插入或抽出殼體。( 也可設(shè)計(jì)成不可拆的)。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,而且浮動(dòng)端小蓋在操作時(shí)無(wú)法知道泄露情況。因此在安裝時(shí)要特別注意其密封。

浮頭換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu),按不同的要求可設(shè)計(jì)成各種形式,除須考慮管束能在設(shè)備內(nèi)自由移動(dòng)外,還須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。

在設(shè)計(jì)時(shí)須考慮浮頭管板的外徑Do.該外徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑Di,一般推薦浮頭管板與殼體內(nèi)壁的間隙b1=3-5mm。這樣,當(dāng)浮頭出的鉤圈拆除后,即可將管束從殼體內(nèi)抽出。以便于進(jìn)行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進(jìn)行裝配,所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮保證浮頭蓋在裝配時(shí)的必要空間。

鉤圈對(duì)保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著重要作用。隨著幞頭式換熱器的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長(zhǎng)期以來(lái)使用經(jīng)驗(yàn)的積累,鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不段的改進(jìn)和完善。

鉤圈一般都為對(duì)開式結(jié)構(gòu),要求密封可靠,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、便于制造和拆裝方便。

浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性,在長(zhǎng)期使用過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。盡管受到不斷涌現(xiàn)的新型換熱器的挑戰(zhàn),但反過來(lái)也不斷促進(jìn)了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中仍占主要地位。