【導讀】肅節(jié)芀薅肂蒅蒁肂肄羋袀肁芇薄螆肀荿莇螞聿肈薂薈肈膁蒞袇膇芃薀螃膆蒞莃蠆膆肅蕿薅螂芇莁薁螁莀蚇衿螀聿蒀螅螀膂蚅蟻蝿芄蒈薇螈莆芁袆袇肆蒆螂袆膈艿蚈裊莁蒅蚄襖肀莇薀襖膃薃袈袃芅莆螄袂莇薁蝕袁肇莄薆羀腿蕿蒂罿芁莂螁羈羈薈螇羈膃蒁蚃羇芆蚆蕿羆莈葿袈羅肈節(jié)螄羄膀蕆蝕肅節(jié)芀薅肂蒅蒁肂肄羋袀肁芇薄螆肀荿莇螞聿肈薂薈肈膁蒞袇膇芃薀螃膆蒞莃蠆膆肅蕿薅螂芇莁薁螁莀蚇衿螀聿蒀螅螀膂蚅蟻蝿芄蒈薇螈莆芁袆袇肆蒆螂袆膈艿蚈裊莁蒅蚄襖肀莇薀襖膃薃袈袃芅莆螄袂莇薁蝕袁肇莄薆羀腿蕿蒂罿芁莂螁羈羈薈螇羈膃蒁蚃羇芆蚆蕿羆莈葿袈羅肈節(jié)螄羄膀蕆蝕肅節(jié)芀薅肂蒅蒁肂肄羋袀肁芇薄螆肀荿莇

　　

【正文】 究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。 管殼式換熱器管殼式換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和 封頭 等部分組成，殼體多呈圓形，內部裝有平行管束或者螺旋管，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內進行換熱的兩種流體，一種在管內流動，其行程稱為管程；一種在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管子的型號不一，過程一般為直徑 16mm 19mm 或者 25mm 三個型號，管壁厚度一般為 1mm， ， 2mm 以及 。進口換熱器，直徑最低可以到 8mm，壁厚僅為 。大大提高了換熱效率，今年來也在國內市場逐漸推廣開來。管殼式換熱器，螺旋管束設計，可以最大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內部殼層和管層的不對稱設計，最大可以達到 。這種不對稱設計，決定其在汽 水換熱領域的廣泛應用。最大換熱效率可以達 14000w/，大大提高生產效率，節(jié)約成本。 同時，由于管殼式換熱器多為金屬結構，隨著中國新版 GMP 的推出，不銹鋼 316L 為主體的換熱器，將 成為飲料，食品，以及制藥行業(yè)的必選。 基本類型 根據管殼式換熱器的特點，可分為固定管板式、浮頭式、 U 形管式、填料函式、和釜式重沸器五類，如圖所示。 四川理工學院畢業(yè)設計 5 （ 1）固定管板式換熱器 固定管板式換熱器的典型結構如圖 14 所示，管束連接在管板上，管板與殼體焊接。其優(yōu)點式結構簡單、緊湊，能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換；缺點是管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數相差較大時，殼體與管束中將產生較大的熱應力。這種換熱器使用于殼側介質清洗且不易結垢并能進行清洗，管、殼程兩側溫差不大或溫 差較大但是殼程壓力不高的場合。 圖 14 固定管板式換熱器 為減少熱應力，通常在固定管板式換熱器中設置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收膨脹差。 （ 2）浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的典型結構見圖 14 所示，兩端管板只有一段與殼體固定，另一端可相對殼體自由移動，稱為浮頭。浮頭由浮動管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會產生熱應力。 鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要作用。 隨著浮頭式換熱器的設計、制造技術的發(fā)展，以及長期以來使用經驗的積累，鉤圈的結構形式也得到了不段的改進和完善。 鉤圈一般都為對開式結構，要求密封可靠，結構簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。 浮頭式換熱器的優(yōu)點是管間與管內清洗方便，不會產生熱應力；但其結構復雜，造價比固定管板式換熱器高，設備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時密封要求高。適用于殼體與管束之間壁溫差較大或殼程介質以結構的場合。 （ 3） U 形管式換熱器 U 形管式換熱器的典型結構見圖 16 所示。這種換熱器的結構特點是，只有一塊管 板，管束由多跟 U 形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。當殼體與 U第一章 緒論 6 形換熱管由溫差時，不會產生熱應力。 圖 15 浮頭式換熱器 圖 16 U 形管式換熱器 由于受彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內層管間距離較大，管板的利用率較低；殼程流體易形成短路，對傳熱不利。當管子泄露損壞時，只有管束最外圍處的 U形管才便于更換，內層換熱管不能夠更換，只能堵死，而壞一根 U 形管相當于壞兩根管，報廢率較高。 U 形換熱器的結構比較簡單、價格便宜，承壓能力差，適用于管、殼壁溫差 較大或殼程介質易結垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內走清潔而不易結垢的高溫、高溫、高壓腐蝕性強的物料。 （ 4）填料函式換熱器 填料函式換熱器結構如圖 1 18 所示。這種換熱器的特點與浮頭式換熱器相類似，浮頭部分露在殼體以外，在浮頭與殼體的滑動接觸面處采用填料函式密封結構。由于采用填料函式密封結構，使得管束在殼體軸向可以自由伸縮，不會產生殼壁與管壁熱變形差而引起的熱應力。其結構較浮頭式換熱器簡單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價比較低廉，且管束可以從殼體內抽出，管內、管間都 能進行清洗，維修方便。 因填料重沸器處易產生泄露，填料式換熱器一般適用于 4MPa 以下的工作條件，且不適用易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質，使用溫度也受填料的物性限制。填料函式換熱器四川理工學院畢業(yè)設計 7 現在已很少使用。 圖 17 填料函雙殼程換熱器 圖 18 填料函分流式換熱器 （ 5）釜式重沸器 釜式重沸器的結構如圖 18 所示。這種換熱器的管束可以分為浮頭式、 U 形管式和固定管板式結構，所以它具有浮頭式、 U 形管式換熱器的特性。在結構上與其 他換熱器不同之處 在于殼體上部設置了一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產氣量和所要求的蒸發(fā)品質所決定。產氣量大、蒸氣品質要求高者蒸發(fā)空間大，否者可以小些。 此種換熱器與浮頭式、 U 形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可以處理不清潔、易結垢的介質，并能承受高溫高壓。 圖 18 釜式重沸器 設計方法 在滿足工藝過程要求的前提下，換熱器應該達到安全與經濟的目標。換熱器設計的主要第一章 緒論 8 任務是參數的選擇、結構設計、傳熱計算、及壓強降計算等。設計主要包括殼體形式、管層數、換熱管類型、管長、管子排列、管子支承結構（如折流板結構等）、 冷熱流體的流動通道等工藝設計和封頭、殼體、管板等零部件的結構、強度設計計算。 換熱器的工藝設計計算，依據設計任務的不同可分為設計計算和校核計算兩種，包括計算換熱器換熱面積和選型兩個方面。一般已知冷、熱流體的處理量和他們的物性、進出口溫度、壓力由工藝要求確定、設計中需選擇或確定的數據有三大類，即物性數據、結構數據和工藝數據。設計計算式由已知數據計算換熱面積，進而決定換熱器的結構，可選定標準形式的換熱器；校核計算是對已知換熱器核定一些運行參數，校核它是否滿足預定的換熱要求。 通常的設計步驟如圖 19 所示 主要控制參數 、熱水流量、換熱量、熱媒參數等。 （ 1）、根據已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計換熱面積，一般先假定傳熱系數，確定換熱器構造，再校核傳熱系數 K 值。 （ 2）、選用換熱器時應注意壓力等級，使用溫度，接口的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長型，有利于提高換熱量。 （ 3）、換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在 ～ 之間； （ 4）、流速大小應考慮流體黏度，黏度大的 流速應小于 ～ ；一般流體管內的流速宜取 ～ ；易結垢的流體宜取 ～ 。 （ 5）、高溫水進入換熱器前宜設過濾器。 （ 6）、熱交換站中熱交換器的單臺處理和配置臺數組合結果應滿足熱交換站的總供熱負荷及調節(jié)的要求。在滿足用戶熱負荷調節(jié)要求的前提下，同一個供熱系數中的換熱器臺數不宜少于 2 臺，不宜多于 5 臺。 管殼式換熱器腐蝕分析 管殼式換熱器的材料一般以碳鋼、不銹鋼和銅為主，其中碳鋼材質的管板在作為冷卻器使用時，其管板與列管的焊縫經常出現腐蝕泄漏，泄漏物進入冷卻水 系統(tǒng)污染環(huán)境又造成物料浪費。 管殼式換熱器在制作時，管板與列管的焊接一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分布也不均勻。使用時管板部分一般與工業(yè)冷卻水接觸，而工業(yè)冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕，這就是我們常說的電化學腐蝕。研究表明，工業(yè)水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結構四川理工學院畢業(yè)設計 9 的復雜程度也會影響腐蝕形態(tài)。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看， 管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物，分布著大小不等的凹坑。以海水為介質時，還會產生電偶腐蝕?；瘜W腐蝕就是介質的腐蝕，換熱器管板接觸各種各樣的化學介質，就會受到化學介質的腐蝕。另外，換熱器管板還會與換熱管之間產生一定的雙金屬腐蝕。 綜上所述，影響管殼式換熱器腐蝕的主要因素有： （ 1）介質成分和濃度：濃度的影響不一，例如在鹽酸中，一般濃度越大腐蝕越嚴重。碳鋼和不銹鋼在濃度為 50%左右的硫酸中腐蝕最嚴重，而當濃度增加到 60%以上時，腐蝕反而急劇下降； （ 2）雜質：有害雜質包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等，這些 雜質在某些情況下會引起嚴重腐蝕 （ 3）溫度：腐蝕是一種化學反應，溫度每提升 10℃ ，腐蝕速度約增加 1~3 倍，但也有例外； （ 4） ph 值：一般 ph 值越小，金屬的腐蝕越大； （ 5）流速：多數情況下流速越大，腐蝕也越大。 管殼式換熱器防腐保護 針對冷卻塔防腐問題，傳統(tǒng)方法以補焊為主，但補焊易使管板內部產生內應力，難以消除，可能造成冷卻塔管板焊縫再次滲漏。現西方國家多采用高分子復合材料的方法進行保護，其中應用最多的是美嘉華技術產品。其具有優(yōu)異的粘著性能及抗溫、抗化學腐蝕性能，在封閉的環(huán)境里可以安全使用而 不會收縮，特別是良好的隔離雙金屬腐蝕和