【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 管束一端與殼體之間用填料密封。管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，造價(jià)也較低；但填料處容易滲漏，工作壓力和溫度受一定限制，直徑也不宜過(guò)大。雙管板換熱器管子兩端分別連接在兩塊管板上，兩塊管板之間留有一定的空間，并裝設(shè)開(kāi)孔接管。當(dāng)管子與一側(cè)管板的連接處發(fā)生泄漏時(shí)，漏入的流體在此空間內(nèi)收集起來(lái)，通過(guò)接管引出，因此可保證殼程流體和管程流體不致相互串漏和污染。雙管板換熱器主要用于嚴(yán)格要求參與換熱的兩流體不互相串漏的場(chǎng)合，但造價(jià)比固定管板式換熱器高。特點(diǎn)這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類(lèi)型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱(chēng)為管程流體；另一種在管外流09無(wú)機(jī)非（1）材料工程基礎(chǔ)論文動(dòng)，稱(chēng)為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；流體每通過(guò)管束一次稱(chēng)為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次稱(chēng)為一個(gè)殼程。圖示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器,簡(jiǎn)稱(chēng)為11型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱(chēng)為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱(chēng)為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。09無(wú)機(jī)非（1）材料工程基礎(chǔ)論文參考文獻(xiàn)：1.: 27 321 譚志明 崔乃英 2 : 21 251第三篇：淺論換熱器及其發(fā)展趨勢(shì)淺論換熱器及其發(fā)展趨勢(shì)摘要:換熱器是工業(yè)部門(mén)廣泛使用的一種設(shè)備。為了適應(yīng)所需，換熱器的類(lèi)型多而復(fù)雜，本文根據(jù)作用原理和傳熱方式主要分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。間壁式換熱器仍是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)換熱器，因此以其一列管式換熱器為例概括了換熱管的現(xiàn)狀和相應(yīng)的換熱器的發(fā)展進(jìn)展。關(guān)鍵詞：換熱器；換熱管；現(xiàn)狀；發(fā)展一、換熱器介紹換熱器是一種使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備，它在許多工業(yè)部門(mén)被廣泛使用，包括化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械等等。其主要功能有兩點(diǎn)，一是使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要；二是有效的回收利用預(yù)熱、廢熱，特別是低位熱能。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)用相當(dāng)廣泛，自然的，其類(lèi)型也相當(dāng)多，若按照作用原理和傳熱方式則分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器。 直接接觸式換熱器直接接觸式換熱器又稱(chēng)混合式換熱器，是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等，具體應(yīng)用有冷卻塔、氣壓冷凝器、氣體洗滌器等。采用這種換熱器，熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多；其結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力小。同時(shí)價(jià)格便宜，維護(hù)容易，可使用時(shí)間長(zhǎng)。但明顯的缺點(diǎn)就是應(yīng)用范圍小，僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。圖11直接接觸式換熱器 熱式換熱器與回?zé)崾綋Q熱器相對(duì)應(yīng)，是一種應(yīng)用歷蓄史比較久遠(yuǎn)的換熱裝置，回?zé)崾綋Q熱器中兩種流體的換熱是通過(guò)各個(gè)位置的固定邊界進(jìn)行的，在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)換熱器的內(nèi)的溫度只與位置有關(guān)，而在蓄熱式換熱器熱量的傳遞都是動(dòng)態(tài)［］的，同時(shí)依賴(lài)于位置和時(shí)間。1在蓄熱式換熱器中，冷、熱流體交替地流過(guò)同一固體傳熱面及其所形成的通道，依靠構(gòu)成傳熱面的物體的熱容作用（吸熱或放熱），實(shí)現(xiàn)冷、熱流體之問(wèn)的熱交換。蓄熱式換熱器有受熱面回轉(zhuǎn)式和風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式兩種：前者是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使煙氣和空氣交替沖刷蓄熱元件；后者是由風(fēng)罩轉(zhuǎn) 使煙氣和空氣交替沖刷蓄熱元件。該換熱器適用于流量大的氣一氣熱交換場(chǎng)合，如動(dòng)力、硅酸鹽及石油化工等工業(yè) 中的余熱利用和廢熱回［］收等方面。2蓄熱式換熱器的優(yōu)點(diǎn)也很明顯，首先是結(jié)構(gòu)緊湊，其次它是由由固體填充物構(gòu)成的蓄熱體作為傳熱面的，交替地通過(guò)同一通道利用蓄熱體來(lái)吸熱和放熱，其單位面積傳熱面大，適用于氣氣熱交換，如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。但局限在于不允許兩種流體混合。圖13 燃燒室圖12 蓄熱式換熱器 間壁式換熱器間壁式換熱器又稱(chēng)為表面式換熱器，利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交換。是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)換熱器，形式也多種多樣，如板式換熱器、板翅式換熱器、列管換熱器三類(lèi)。相比而言，板式換熱器具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；板翅式換熱器制造工藝要求更為嚴(yán)格，且容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修困難，但其傳熱性能特別好；列管式換熱器又稱(chēng)管殼式換熱器，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備，又分為固定管板式換熱器、U形管式換熱器、浮頭式換熱器。管殼 式換熱器由一個(gè)殼體 和包 含許多 管子的管束所構(gòu)成，冷、熱流體之間通過(guò)管壁進(jìn)行換熱的換熱器。它適應(yīng)于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。通常管殼式換熱器的工作壓力可達(dá) 4兆帕，工作作溫度在 200 ℃ 以下。在個(gè)別情況下還可達(dá)到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800 ram 以下，管子長(zhǎng)度在9m以下，在個(gè)別情況下也有更大或更長(zhǎng)的。其優(yōu)于其他兩種的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣，故適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性較大。因此，在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。圖14 管殼式換熱器間壁式換熱器應(yīng)用廣泛，工作壞境多變 且較為惡劣，例如部分間壁式換熱器操作壓強(qiáng)高達(dá)2*105Kpa，溫度250到1500 ℃的范圍內(nèi)變化，某些流體的腐蝕性又特別嚴(yán)重等。每種類(lèi)型的換熱器都有優(yōu)缺點(diǎn)，選擇換熱器類(lèi)型時(shí)，要考慮的因素很多，例如材料，壓強(qiáng)，溫度，溫度差，壓強(qiáng)降，結(jié)垢腐蝕情況，流動(dòng)狀態(tài)，傳熱效果，檢修和操作等。對(duì)同一種換熱器而言，某種情況下使用是好的，而在另外的情況下卻不能夠令人滿意，甚至根本不能用。因此在實(shí)際應(yīng)用中，工作人員需對(duì)各種間壁式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)和操作方式了然于胸，最大發(fā)［3］揮其優(yōu)勢(shì)。 中間載熱體式換熱器中間載熱體式換熱器是將兩個(gè)間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接，載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器間循環(huán)，從高溫流體換熱器中吸收熱量，向低溫流體換熱器中釋放熱量給低溫流體。圖15熱管換熱器二、換熱器的發(fā)展換熱器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和化工生產(chǎn)領(lǐng)域中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性起著舉足輕重的作用。近年來(lái)，能源與材料費(fèi)用的不斷增長(zhǎng)極大地推動(dòng)了對(duì)高效節(jié)能換： 熱器的研究，作為一種節(jié)能設(shè)備，換熱器不僅是保證加工過(guò)程正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的設(shè)備，而且就金屬消耗、動(dòng)力消耗和投資來(lái)說(shuō)，其在整個(gè)工程中所占有比例很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，換熱器的投資約占全部設(shè)備投資的40%。因此開(kāi)發(fā)新型高效和結(jié)構(gòu)緊湊的換熱器是目前換熱器研究的一個(gè)重要方向。其內(nèi)部強(qiáng)化傳熱主要有兩種途徑：增大傳熱面積，但換熱器的傳熱面積不可能無(wú)限制地增大，否則投資費(fèi)用會(huì)大大增加，并且隨著工業(yè)化的進(jìn)展，設(shè)備要緊湊化：提高傳熱系數(shù)，主要從管程和殼程傳熱強(qiáng)化系數(shù)的提高方面上考慮。 常見(jiàn)換熱管的研究現(xiàn)狀 螺旋槽管螺旋槽管是種管壁上具有外凸和內(nèi)凸的異形管，管壁上的螺旋槽能在有相變和無(wú)相變的傳熱中明顯提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù)，起到雙邊強(qiáng)化的作用。根據(jù)在光管表面加螺旋槽的類(lèi)型，螺旋槽管有單頭和多頭之分，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有槽深e、槽距p和槽旋角β。，研究還表明單頭螺旋槽管比多頭螺旋槽管的性能好。目前，無(wú)論足從傳熱、流阻、結(jié)垢性能，還是從無(wú)相變對(duì)流換熱和有相變凝結(jié)換熱，對(duì)螺旋槽管的強(qiáng)化傳熱研究從理論到實(shí)際已達(dá)到較高水平。 橫紋管橫紋管是一種普通圓管作毛胚，在管外壁經(jīng)簡(jiǎn)單滾軋出與軸線垂直的凹槽，同時(shí)在管內(nèi)形成一圈突起的環(huán)肋。其強(qiáng)化機(jī)理為：當(dāng)管內(nèi)流體經(jīng)橫向環(huán)肋時(shí)，管壁附近形成軸向漩渦，增加了邊界層的擾動(dòng)，有利于熱量通過(guò)邊界層的傳遞。當(dāng)渦流即將消失時(shí)，流體又流經(jīng)下一個(gè)橫肋，不斷產(chǎn)生軸向渦流，因而保持連續(xù)且穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。 管內(nèi)插入物管內(nèi)插入物的類(lèi)型有很多，主要有：麻花鐵、螺旋線圈、螺旋帶、螺旋片、扭帶和靜態(tài)混合器等。各種插入物的強(qiáng)化傳熱機(jī)理一般可分為四種：形成旋轉(zhuǎn)流；破壞邊界層；中心流體與管壁流體產(chǎn)牛置換作用；產(chǎn)生二次流。管內(nèi)插入物的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)舊的換熱器設(shè)備進(jìn)行改造，以提高其換熱性能。在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)，能達(dá)到清除污垢的目的。 內(nèi)翅片管內(nèi)翅片管是采用特殊的焊接工藝和設(shè)備加工而成，流體在管內(nèi)的換熱過(guò)程為單相強(qiáng)制對(duì)流換熱。其豐要特點(diǎn)是通過(guò)在傳熱管管內(nèi)擴(kuò)大傳熱面積、強(qiáng)化管內(nèi)傳熱的途徑來(lái)提高換熱器的傳熱性能。八十年代初，日立電纜有限公司研究表明，采用左右錯(cuò)式的螺旋內(nèi)翅片管強(qiáng)［4］。 波紋管波紋管是將光管加工成波紋形狀的翹片，其強(qiáng)化傳熱機(jī)理是：通過(guò)改變斷面使弧形段內(nèi)壁處發(fā)生兩次反向擾動(dòng)，增加對(duì)管內(nèi)流體的擾動(dòng)，擴(kuò)大低熱阻區(qū)域，以提高傳熱系數(shù)，增強(qiáng)傳熱效果。具有不易結(jié)垢，單位容積傳熱面積大，耐腐蝕性強(qiáng)，溫差應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)。 縮放管縮放管是由依次交替的收縮段和擴(kuò)張段組成的波形管道，其強(qiáng)化傳熱的機(jī)理是：在擴(kuò)張段流體速度降低，靜壓增大；在收縮段流體速度增加，靜壓減??；流體在方向反復(fù)改變的軸向壓力