【文章內(nèi)容簡介】 種材料制造,故適應(yīng)性極強(qiáng)。管殼式換熱器廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),在水泥生產(chǎn)企業(yè)常用作設(shè)備稀油站的油冷卻器,用作車輛發(fā)動(dòng)機(jī)油冷卻器等。長期以來,鋼制管殼式換熱器以其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)和選材廣等優(yōu)點(diǎn)在換熱器的生產(chǎn)和使用數(shù)量上一直占主導(dǎo)地位。隨著強(qiáng)化傳熱等技術(shù)的發(fā)展,管殼式換熱器在制造技術(shù)和傳熱性能上也不斷提高。然而,由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和使用工況的多樣性,也常常出現(xiàn)換熱器的局部失效甚至整體報(bào)廢。間壁式換熱器的另一種板面式換熱器，按結(jié)構(gòu)分類為：板式換熱器，螺旋板換熱器，板翅式換熱器，板殼式換熱器及傘板式換熱器。1. 3 換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀雖然樣式繁多的換熱器很大程度上拓寬了人們的選擇范圍。但管殼式這一傳統(tǒng)的換熱設(shè)備在化工生產(chǎn)中仍占據(jù)著主要地位，在高溫高壓或有腐蝕性介質(zhì)的作業(yè)中更能顯示其優(yōu)勢(shì)。管殼式換熱器由一些直徑較小的圓管加上管板組成管束。外套一個(gè)外殼而構(gòu)成。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于加工、清洗，選材及應(yīng)用范圍廣，處理量大。以上優(yōu)點(diǎn)使其成為傳統(tǒng)換熱器的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。但在追求高效傳熱的今天。傳統(tǒng)的管殼式換熱器單位體積的傳熱面積較低，傳熱系數(shù)不高，難以滿足生產(chǎn)要求，因而。換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究越來越得到重視。所謂換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)就是使換熱器在單位時(shí)間、單位傳熱面積傳遞的熱量盡可能多。長期以來。 國內(nèi)外對(duì)此進(jìn)行了大量研究。目前在我國石油化工行業(yè)中，換熱設(shè)備投資占設(shè)備投資的30％以上，在換熱設(shè)備中，使用量最大的是管殼式換熱器，其中80％ 以上的管殼式換熱器仍采用弓形折流板光管結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)決定了換熱器傳熱效果差，殼程壓降大，與我國正在推行的節(jié)能減排政策不相適應(yīng)。因此提高換熱器的效能對(duì)化工行業(yè)節(jié)能減排、提高效益非常重要。換熱設(shè)備傳熱過程的強(qiáng)化就是力求使換熱設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)、單位傳熱面積傳遞的熱量盡可能增多。應(yīng)用強(qiáng)化傳熱技術(shù)的目的是為了進(jìn)一步提高換熱設(shè)備的效率，減少能量傳遞過程中的損失，更合理更有效地利用能源。提高傳熱系數(shù)、擴(kuò)大單位傳熱面積、增大傳熱溫差是強(qiáng)化傳熱的三種途徑，其中提高傳熱系數(shù)是當(dāng)今強(qiáng)化傳熱的重點(diǎn)。20世紀(jì)到80年代以來，換熱器技術(shù)飛速發(fā)展，帶來了能源利用率的提高。各種新型、高效換熱器的相繼開發(fā)與應(yīng)用帶來了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、私有化比例加大，降低成本已成為企業(yè)追求的最終目標(biāo)。因此節(jié)能設(shè)備的研究與開發(fā)備受矚目。能源的日趨緊張、全球環(huán)境氣溫的不斷升高、環(huán)境保護(hù)要求的提高給換熱器及空冷式換熱器及高溫、高壓換熱器帶來了日益廣闊的應(yīng)用前景。 換熱設(shè)備的應(yīng)用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。換熱器是化工、石油、鋼鐵、汽車、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。尤其在化工生產(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)用甚為廣泛。日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝過程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。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。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開始注意。 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(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。2 U形管換熱器各部分的設(shè)計(jì)說明 U形管換熱器的介紹 .U形管式換熱器U形管式換熱器的換熱管呈“U”形。U形管式換熱器一束管子被彎制成不同曲率半徑的U形管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束管板夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱即可直接將管束抽出，便于清洗管間。管束的U形端不加固定，可自由伸縮，故它適用于兩流體溫差較大的場(chǎng)合；又因其構(gòu)造較浮頭式換熱器簡單，只有一塊管板，單位傳熱面積的金屬消耗量少，造價(jià)較低，也適用于高壓流體的換熱。相同直徑的殼體內(nèi)，U形管的排列數(shù)目較直管少，相應(yīng)的傳熱面積也較校雙重管式換熱器將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器。管程流體從管箱進(jìn)口管流入，通過內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返向，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。其特點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。當(dāng)殼體與U形管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱。但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。由于受彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內(nèi)層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對(duì)傳熱不利。當(dāng)管子泄露損壞時(shí)，只有管束外圍處的U形管便于更換，內(nèi)層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而壞一根管相當(dāng)于壞兩根，報(bào)廢率較高。U形管換熱器結(jié)構(gòu)比較簡單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)，適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。因?yàn)閁形管式換熱器僅有一塊管板，且無浮頭，所以結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)也比其他換熱器便宜承壓能力強(qiáng)。管束可以從殼體中抽出，管外便于清洗，但管內(nèi)清洗困難，所以管內(nèi)的介質(zhì)必須是清潔且不易結(jié)垢的物料。由于換熱管的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系，管子的更換除外側(cè)一層外，內(nèi)部管子大部分不能更換管束中心部分存在空隙，所以流體易走短路，影響傳熱效果。而且管板上排列的管子較少，結(jié)構(gòu)不緊湊，U形管的彎管部分曲率不同，管子長度不一，因而物料分布不如固定管板式換熱器均勻。但也正因?yàn)閁形管換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，管束的兩端固定在同一塊管板上，管束可自由伸縮與殼體之間不存在溫差應(yīng)力。因此，U形管換熱器常在高溫高壓的場(chǎng)合大量使用。 結(jié)構(gòu)的選擇與論證由于各種工藝和結(jié)構(gòu)要求，不可避免地要在容器上開孔并安裝接管，開孔后，除減小器壁的強(qiáng)度外，還會(huì)在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來隱患。因此，壓力容器的設(shè)計(jì)必須充分考慮開孔的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。開孔應(yīng)力集中的程度與孔的形狀有關(guān)，圓孔應(yīng)力集中程度最低。為了降低峰值應(yīng)力需要在開孔邊緣補(bǔ)強(qiáng)，即用在開孔邊緣附近增加截面的方法，來提高抗應(yīng)力程度。等面積補(bǔ)強(qiáng)法規(guī)定，在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積等于大于開孔的所削弱的殼體面積。它是以補(bǔ)強(qiáng)后殼體的平均抗應(yīng)力程度不至于變小為出發(fā)點(diǎn)的。這種方法沿用已久，對(duì)于塑性比較好的材料也比較安全可靠。為減小計(jì)算長度L，而大大提高容器的臨界壓力，用增設(shè)加強(qiáng)圈往往比用大容器壁厚的方法增大剛度更為經(jīng)濟(jì)。扁鋼截面慣性距較大，力學(xué)性能較好。因此，選用扁鋼加強(qiáng)圈。由于補(bǔ)強(qiáng)圈的焊接結(jié)構(gòu)會(huì)引起較大局部應(yīng)力，同時(shí)高強(qiáng)度鋼容易產(chǎn)生焊接裂紋，故超越標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)采用補(bǔ)強(qiáng)管結(jié)構(gòu)，即在開孔處焊一厚壁短管，在采用全焊透結(jié)構(gòu) 筒體的設(shè)計(jì)筒體的作用是提供工藝所需的承壓空間，是壓力容器最主要的受壓元件之一，器內(nèi)直徑和容積往往需由工藝計(jì)算確定。筒體直徑較?。ㄒ话阈∮?00mm）時(shí)，圓筒可用無縫鋼管制作，此時(shí)筒體上沒有