列管換熱器課程設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-01-01 08:46 本頁(yè)面
【正文】 列管式換熱器的應(yīng)用已有很悠久的歷史，現(xiàn)在，它被當(dāng)作一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用，尤其在石油、化工、能源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中，列管式換熱器仍處于主導(dǎo)地位。雖然列管式換熱器在傳熱效率、緊湊性和金屬耗量等方面不及某些新型換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、適應(yīng)性強(qiáng)、制造材料廣泛等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因而在換熱設(shè)備中仍處于主導(dǎo)地位。列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。 在列管式換熱器中，管束的表面積即為該換熱器所具有的傳熱面積。當(dāng)傳熱面積較大，管子數(shù)目較多時(shí)，為了提高管內(nèi)流體的流速，增大管內(nèi)一側(cè)流體的傳熱膜系數(shù)，常將全部管子平均分成若干組，流體每次只流經(jīng)一組管子，即采用多管程結(jié)構(gòu)。其方法是在封頭內(nèi)裝設(shè)隔板，在一端的封頭內(nèi)裝設(shè)一塊隔板，便成二管程；在進(jìn)口端裝兩塊擋板，另一端裝一塊隔板，便成四管程；如此，還可以設(shè)置其他多管程，但過(guò)多使流體阻力增大，隔板占有分布管面積，而使傳熱面積減小 列管換熱器主要特點(diǎn)：(1) 耐腐蝕性：聚丙烯具有優(yōu)良的耐化學(xué)品性，對(duì)于無(wú)機(jī)化合物，不論酸，堿、鹽溶液，除強(qiáng)氧化性物料外，幾乎直到100℃都對(duì)其無(wú)破壞作用，對(duì)幾乎所有溶劑在室溫下均不溶解，一般烷、徑、醇、酚、醛、酮類等介質(zhì)上均可使用。(2) 耐溫性：聚丙烯塑料熔點(diǎn)為164174℃，一般使用溫度可達(dá)110125℃。(3) 無(wú)毒性：不結(jié)垢，不污染介質(zhì)，也可用于食品工業(yè)。(4) 重量輕：對(duì)設(shè)備安裝維修極為方便。列管換熱器（又名列管式冷凝器），按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器、填料函式換熱器。分別如下：固定管板式換熱器： 這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。 為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時(shí)，為安全起見(jiàn)，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。 浮頭式換熱器： 圖2換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩端管板只有一端與殼體完全固定，另一端則可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)換熱管與殼體間有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。適用于管壁間溫差較大或易于腐蝕和易于結(jié)垢的場(chǎng)合。U型管式換熱器： 圖3U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。填料函式換熱器填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。缺點(diǎn)：填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。圖42）選擇在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中，兩流體溫度變化情況為：熱流體（煤油）進(jìn)口溫度102℃，出口溫度40℃；冷流體(井水)進(jìn)口溫度10℃，出口溫度30℃。該換熱器用井水冷卻介質(zhì)，受環(huán)境影響，進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，管束與管殼之間的溫差較大會(huì)產(chǎn)生不同熱膨脹，并且壓強(qiáng)降不大于50kPa，因此初步確定選用固定管板式換熱器。管程安排對(duì)于流體流徑的選擇一般可以考慮以下幾點(diǎn)： (1)不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。(2)腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 (3)壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。 (4)飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。(5)被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。(6)需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。(7)粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。選擇：從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使煤油走管程，冷卻水走殼程。但由于冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使水走管程，煤油走殼程。流向的選擇 當(dāng)冷、熱流體的進(jìn)出口溫度相同時(shí)，逆流操作的平均推動(dòng)力大于并流，因而傳遞同樣的熱流體，所需的傳熱面積較小。逆流操作時(shí)，冷卻介質(zhì)溫升可選擇得較大因而冷卻介質(zhì)用量可以較小。顯然在一般情況下，逆流操作總是優(yōu)于并流。 流速的選擇當(dāng)流體不發(fā)生相變時(shí)，介質(zhì)的流速高，換熱強(qiáng)度大，從而可使換熱面積減小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本降低，一般也可以抑制污垢的產(chǎn)生。但流速大也會(huì)帶來(lái)一些不利的影響，諸如壓降△P增加，泵功率增大，且加劇了
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