【正文】 同，換熱器主要分直接接觸式（混合式）、蓄熱式和間壁式三類。若使氣體全部冷凝，則稱為全凝器，否則成為分凝器。（一）按用途劃分按照其用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過熱器等。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會造成機器和設(shè)備堵塞，隨之提前報損。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設(shè)備所獲得的最佳值。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高40%，而壓力降幾乎相等。美國休斯頓的布朗公司做了改進。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設(shè)計。這種設(shè)計的先進性已為流體動力學(xué)研究和傳熱試驗結(jié)果所證實，此設(shè)計已獲得專利權(quán)。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代(如緊湊型板式換熱器)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)(z字形流道)，這樣會導(dǎo)致較大的死角和相對高的返混。所以，氣動噴涂法促進表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進粉末粒子向基體的滲透，這就說明了附著強度高，有物理接觸和金屬鏈形成。將試驗所得數(shù)據(jù)加以整理，便可評估翅片底面的接觸阻力。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷(金屬陶瓷混合物)，從而得到各種不同性能的表面。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，并占有十分重要的地位。 縱觀換熱設(shè)備的發(fā)展及演變歷史，不難看出，在板式類換熱器廣泛發(fā)展，管殼類換熱器不再一國獨大的今天，以下四個特點始終沒有改變：。并出現(xiàn)了不可拆的焊合一體式板式換熱器，盡管不能方便地拆洗，強度卻有所增加。 世界能源的日益緊張與危機，使得“節(jié)能”與“高效”逐漸受到重視，加之“節(jié)能——減排——環(huán)?！钡母拍钊找嫔钊肴诵?，各國政府和機構(gòu)都逐年加大了這方面投入的人力和物力，同時也取得了許多可喜的成果。 板式類換熱器的這個缺點是由其結(jié)構(gòu)特點所決定的，所以在其自身范圍內(nèi)無法改變和突破，而它也就嚴重地制約了這種高換熱性能換熱器的應(yīng)用和發(fā)展?；仡檽Q熱器發(fā)展歷程，雖然板式換熱設(shè)備的充分開發(fā)只是近些年的事情，但是其理論和技術(shù)的出現(xiàn)卻要早的多。長期以來，非接觸式換熱器一直是管殼式（列管式）換熱器一國獨大的局面。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體,一種流體溫度較高,放出熱量。另一種流體則溫度較低,吸收熱量。二十世紀30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 二十世紀60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。然而近幾十年來，這種平衡有所改變。但是人們最初舍棄了這種換熱性能遠遠占優(yōu)的換熱器形式，而是選擇并大量應(yīng)用了管殼式換熱器。 形成了在最初的相當長的一段時期里，板式類換熱器沒有受到人們喜愛的局面，其技術(shù)進展自然也相當可憐。很顯然，板式類換熱器這種高效的換熱方式，也就順理成章地受到重視，并進行了再次開發(fā)，且在其強度范圍所能允許的范圍內(nèi)大量應(yīng)用遍地開花。 管殼類換熱器由于始終受到普遍應(yīng)用和重視，其理論研究的深度和設(shè)備改進的步伐都是板式類換熱器所不能比擬的。通常在化工廠的建設(shè)中換熱器投資比例為11%，在煉油廠中高達40%。換熱器的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。通常在實踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。 將研究的翅片的效率與計算數(shù)據(jù)進行比較，得出的結(jié)論是：氣動噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實質(zhì)性影響。因而氣動噴涂法不但可用于成型，還可用來將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來對普通翅片的底面進行補充加固。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇，對傳熱效率不利。對普通折流板幾何形狀的改進，是發(fā)展殼程的第一步。此種結(jié)構(gòu)克服了普通折流板的主要缺點。螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個工序。組裝換熱器時也可采用螺旋扁管與光管混合方式。估計在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。第2章 設(shè)計方案化工生產(chǎn)中所用的換熱器類型很多。加熱器是把流體加熱到必要的溫度而使用的熱交換器，被加熱的流體沒有相變化。再沸器是用于再加熱裝置中冷凝了的液體使其蒸發(fā)的熱交換器。1）直接接觸式(混合式)換熱器：冷、熱流體直接接觸和混合進行換熱。3）間壁式換熱器：冷、熱流體通過將它們隔開的固體壁面進行傳熱，這是工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的一類換熱器。平板式換熱器螺旋板式換熱器板翅式換熱器傘板換熱器螺旋板式換熱器三、熱管換熱器不同的換熱器各有自己的優(yōu)缺點和使用條件。列管式換熱器是最典型的管殼式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。為此常在外殼上焊一膨脹節(jié)，但它僅能減小而不能完全消除由于溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，且在多程換熱器中，這種方法不能照顧到管子的相對移動。這類換熱器的特點是：管束可以自由伸縮，不會因管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補償性能好；管程為雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好；承壓能力強；管束可以從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，且結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜。 特點：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合。此類換熱器的管束膨脹不受殼體的約束，所以殼體與管束之間不會由膨脹量的不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，便于清洗和檢修，完全消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。圖25 填料函式換熱器 隨著經(jīng)濟的發(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)。浮頭端設(shè)計成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體。因此在安裝時要特別注意其密封。這樣，當浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內(nèi)抽出。隨著幞頭式換熱器的設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長期以來使用經(jīng)驗的積累，鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不段的改進和完善。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導(dǎo)地位。大直徑管子用于粘性大或者污濁的流體，小直徑的管子用于較清潔的流體。正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列，能夠使管間的小橋形成一條直線通道，便于用機械進行清洗，一般用于管束可抽出管間清洗的場合。 管板上換熱管中心距的選擇既要考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，傳熱效果，又要考慮管板的強度和清洗管子外表面所需的空間。此時為了提高管程流速，增加傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管束。在管殼式換熱器的計算中，首先需決定何種流體走管程，何種流體走殼程，這需遵循一些一般原則。（4）應(yīng)減小管子的殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。以上這些原則有些事相互矛盾的，所以在具體設(shè)計時應(yīng)綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程。4）腐蝕性強的流體 因為只有管子及官箱才需用耐腐蝕材料，而殼體及管外空間的所有零件均可用普通材料制造，所以造價可以降低。2）若兩流體給熱性能相差較大時，α值小的流體走管間此時可以用翅片管來平衡傳熱面兩側(cè)的給熱條件，使之相互接近。此外，易析出結(jié)晶、沉渣、淤泥以及其他沉淀物的流體，最好通入比較更容易進行機械清洗的空間。 當流體不發(fā)生相變時，介質(zhì)的流速高，換熱強度大，從而可使換熱面積減少、結(jié)構(gòu)緊湊、成本降低，一般也可抑止污垢的產(chǎn)生?？梢杂米骷訜釀┖屠鋮s劑的物料有很多，列管式換熱器常用的加熱劑有飽和水蒸氣、煙道氣和熱水等，常用的冷卻劑有水、空氣和氨等。（2）煙道氣燃料燃燒所得到的煙道氣具有很高溫度，可達700~1000，適用于需要達到高溫度加熱。與空氣相比較，誰的比熱容高，傳熱膜系數(shù)也很高，但空氣的獲取和使用比水方便，應(yīng)因地制宜加以選用。該溫度直接影響加熱劑或冷卻劑的耗量和換熱器的大小，所以此溫度的確定有一個優(yōu)化問題。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強度或剛度的角度來考慮，是比較容易達到的，但材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復(fù)雜的問題。碳鋼價格低，強度較高，對堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用時合理的。第3章 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計換熱器的工藝尺寸確定后，若能選用熱交換器標準系列，則結(jié)構(gòu)尺寸隨之而定，否則還需進行部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算。主義溫差較大的流體應(yīng)避免緊鄰以免引起較大的溫差應(yīng)力。表31 管程布置E型為最為普通，為單殼程。G型與H型均可用于以壓力降作為控制因素的換熱器中。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列。等邊三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊，在一定管板面積上可以配置較多的管數(shù)，且由于管子間的距離都相等，在管板加工時便于畫線與鉆孔。在制氧設(shè)備中，常采用此法。當管子總數(shù)超過127根（相當于層數(shù)6），等邊三角形排列的最外層管子和殼體間弓形部分也應(yīng)配置上附加的管子，這樣不但可增加排列管數(shù)，增大傳熱面積，而且消除了管外部分不利于傳熱的空間。當管子采用焊接方法固定時，相鄰兩根管的焊縫太近，就會相互影響，使焊接質(zhì)量不易保證，而采用脹接法固定時，過小的管心距會造成管板在脹接時由于擠壓力的作用發(fā)生變形，失去了管子與管板之間的連接力，因此，管心距必須有一定的數(shù)值范圍。最外層列管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于。+19+25177。+32+40177。+57+70177。 7176。本設(shè)計采用焊接法。在設(shè)計和制造換熱器時，正確選用材料很重要。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分割開來。當換熱器承受高溫高壓是，應(yīng)采用薄型管板，既降低了溫差應(yīng)力，同時有滿足了高壓對機械應(yīng)力的要求。如果連接不緊密，在操作時連接處發(fā)生泄漏，冷、熱流體互相混合，會造成物料和熱量的流失；若物料帶有腐蝕性、放射性或兩種流體接觸會產(chǎn)生易燃易爆的物質(zhì)，后果將更加嚴重。此方法是利用脹管器將管子擴張，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的目的。此外，管子和管孔之間的間隙中存在的不流動流體與間隙外流體濃度上的差別易產(chǎn)生間隙腐蝕。列管式換熱器管板，一般采用平管板，在圓平板上開孔裝設(shè)管束，管板又與殼體相連，管板所受載荷除管程和殼程壓力外，還要承受殼壁的溫差引起的變形不協(xié)調(diào)作用等。在進行受力分析時，常把管板看成是放在彈性基礎(chǔ)上的平板，列管就起著彈性基礎(chǔ)的作用。當管子連續(xù)連接在管板之后，管板孔內(nèi)的管子又能增強管板的強度和剛度，而且也抵消一部分高峰應(yīng)力。管板外邊緣有不同的固定形式，如夾持、簡支、半夾持等。由于管壁與殼壁溫度不同產(chǎn)生變形量的差異，不僅使管子、殼體的應(yīng)力有顯著的增加，而且使管板的應(yīng)力有很大的增加，在設(shè)備啟動和停車過程中，特別容易發(fā)生這種情況。當管子太長而無折流板之托時，管子會彎曲造成管板附加應(yīng)力。表35 管板最小厚度換熱