【正文】 樣，為了符合使用要求，國內(nèi)、外對換熱器技術(shù)的開發(fā)從 傳熱機(jī)理的研究、設(shè)備的結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)計(jì)算的方法改進(jìn)以及制造工藝水平的提高等方面都進(jìn)行了長期而大量的工作。是目前回收高溫?zé)煔庥酂岬淖罴蜒b置。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)熱性能好，高溫強(qiáng)度高，抗氧化、抗熱震性能好。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限 下得到了很好的發(fā)展，因?yàn)樗^好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫余熱的最佳換熱器。 (7)陶瓷換熱器 陶瓷換熱器的生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同，導(dǎo)熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng)用性能。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結(jié)垢功能。 (6)渦流熱膜換熱器 渦流熱膜換熱器采用最新的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過改變流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來增加傳熱效果，當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時(shí)，強(qiáng)力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。延長維修周期，減少維修費(fèi)用。采用與殼體軸線成某一角度狀排列的螺旋板作為折流板，使介質(zhì)在殼體內(nèi)螺旋推進(jìn)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了在較小泵功能消耗條件下較高的傳熱效果。我們在空氣換熱器、熱管換熱器及鍋爐上，采用了這類換熱器，取得了明顯的強(qiáng)化換熱效果 ]6[ 。實(shí)驗(yàn)證明，小管徑翅片管束的傳熱性能優(yōu)于大管徑管束，適當(dāng)增加翅片高度和翅片間距對傳熱有 利，適當(dāng)密排對傳熱有利。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 (4)螺旋翅片管和縱向翅片管換熱器 螺旋翅片管換熱器是將換熱管上螺旋纏繞高頻焊接扁鋼，縱向翅片管換熱器是將換熱管圓周上沿軸線方向、高頻焊接Ｕ形翅片 ]5[ 。一般其管內(nèi)放熱系數(shù)為光管的 ~倍，總的放熱系數(shù)可提高 ~1 倍。 (3)螺旋槽管換熱器 螺旋槽管換熱器是將換熱管表面加工成螺旋形的凹槽，在管內(nèi)形成螺旋形凸肋的異型管。同時(shí)在原油加熱器及壓縮機(jī)冷凝器中均取得了良好的效果。 (2)波紋管換熱器 波紋管換熱器是將換熱管加工成內(nèi)外均呈連續(xù)波紋曲線的波紋管，使管子的縱向截面成波形，由相切的大小圓弧構(gòu)成，由于管內(nèi)流體的流動(dòng)截面不斷變化，使流體的擾動(dòng)增加而使傳熱強(qiáng)化 ]3[ 。其具有優(yōu)異的粘著性能及抗溫、抗化學(xué)腐蝕性能，在封閉的環(huán)境里可以安全使用而不會(huì)收縮，特別是良好的隔離雙金屬腐蝕和耐沖刷性能，從根本上杜絕了修復(fù)部位的腐蝕滲漏，為冷卻塔提供一個(gè)長久的保護(hù)涂層。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 管殼式換熱器的防腐保護(hù) 針對冷卻塔防腐問題，傳統(tǒng)方法以 補(bǔ)焊 為主，但補(bǔ)焊易使管板內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，難以消除，可能造成冷卻塔管板焊縫再次滲漏。 綜上所述，影響管殼式換熱器腐蝕的主要因素有： （ 1）介質(zhì)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(yán)重。化學(xué)腐蝕就是介質(zhì)的腐蝕，換熱器管板接 觸各種各樣的化學(xué)介質(zhì)，就會(huì)受到化學(xué)介質(zhì)的腐蝕。從外觀看，管板表面會(huì)有許多腐蝕產(chǎn)物和積沉物，分布著大小不等的凹坑。另外，金屬結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也會(huì)影響腐蝕形態(tài)。使用時(shí)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(zhì)、鹽類、氣體、微生物都會(huì)構(gòu)成對管板和焊縫的腐蝕，這就是我們常說的電化學(xué)腐蝕。 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(zhì)的 管板在作為冷卻器使用時(shí)，其管板與列管的焊縫經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕泄漏，泄漏物進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)污染環(huán)境又造成物料浪費(fèi)。 （ 4）加熱器上部附件 （一般指安全閥）的最高點(diǎn)至建筑結(jié)構(gòu)最低點(diǎn)的垂直凈距應(yīng)滿足安裝檢測的要求，并不得小于 。 （ 2）管殼式換熱器前端應(yīng)留有抽卸管束的空間，即其封頭于墻壁或屋頂?shù)木嚯x不得小于換熱器的長度，設(shè)備運(yùn)行操作通道凈寬不宜小于 。 施工、安裝要點(diǎn) （ 1）熱交換器應(yīng)以最大工作壓力的 ，蒸汽部分應(yīng)不低于蒸汽供汽壓力加 ；熱水部分應(yīng)不低于 。 （ 6）熱交換站中熱交換器的單臺(tái)處理和配置臺(tái)數(shù)組合結(jié)果應(yīng)滿足熱交換站的總供熱負(fù)荷及調(diào)節(jié)的要求。 （ 3）換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在 ～ ； （ 4）流速大小應(yīng)考慮流體黏度，黏度大的流速應(yīng)小于 ～ ；一般流體管內(nèi)的流速宜取 ～ ；易結(jié)垢的流體宜取 ～ 。 （ 2）選用換熱器時(shí)應(yīng)注 意壓力等級(jí)，使用溫度，接口的連接條件。 選用要點(diǎn) （ 1）根據(jù)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。如果管內(nèi)傳熱分系數(shù)小，可在管內(nèi)設(shè)置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強(qiáng)管內(nèi)擾動(dòng)，強(qiáng)化換熱，當(dāng)然這時(shí)流體的流動(dòng)阻力也將增大。設(shè)計(jì)溫度低于或等于 20℃時(shí)，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)附錄 A（標(biāo)準(zhǔn)的附錄）選擇低溫用 管殼式換熱器的傳熱強(qiáng)化技術(shù) 當(dāng)管壁兩側(cè)傳熱分系數(shù)相差很大時(shí)（如粘度小的液體與氣體間的換熱），應(yīng)設(shè)法減小傳熱分系數(shù)低的一側(cè)的熱阻。在必須使用珠光體耐熱鋼作耐熱或抗氫用途時(shí)，應(yīng)盡量減少、合并鋼材的品種、規(guī)格。 （ 1）所需鋼板厚度小于 8mm 時(shí)，在碳素鋼與低合金高強(qiáng)度鋼之間，應(yīng)盡量采用碳素鋼鋼板（多層容器用材除外）； （ 2）在剛度或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主的場合，應(yīng)盡量選用普通碳素鋼。 選擇壓力容器用材時(shí)必須滿足上述條件， 考慮經(jīng)濟(jì)合理性。奧氏體鋼的使用溫度高于或等于 196℃時(shí)，可免做沖擊試驗(yàn)。沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 鋼材的使用溫度下限，除奧氏體鋼及本章有關(guān)條文另行規(guī)定者外，均為高于20℃。碳素鋼和碳 錳鋼在高于溫度 425℃下長期使用時(shí)，應(yīng)考慮鋼中碳化物相的石墨化傾向。 材料選擇 材料選擇 選擇壓力容器用材的時(shí)候必須考慮設(shè)備的操作條件（如設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)的特性）、材料的焊接性能、冷熱加工性能、熱處理以及容器的結(jié)構(gòu)等。 管殼式換熱器選型時(shí)，需要考慮的因素有很多，主要是流體的性質(zhì) 。這類換熱器的換熱性能較差，只用于壓力低、振動(dòng)小、溫度較低的場合。一 般不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)的換熱。此種重沸器熱源定管程，被加熱介質(zhì)走殼程。液面的高度由所設(shè)的擋板 (溢流堰 )維持。管束可以自由的抽出和裝入 ,方便清洗 ,具有浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn) ,但由于換熱管做成半徑不等的 U形彎 ,最外層換熱管損壞后可以更換外 ,其它管子損壞只能堵管。由于殼體和換熱管分開 ,換熱管束可以自由伸縮 ,不會(huì)由于介質(zhì)的溫差而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。管束和殼體的清洗和檢修較為方便 ,但它的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜 ,對密封的要求也比較高。一般浮頭可拆卸 ,管束可 以自由地抽出和裝入。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 11 固定管板式換熱器 （ 2）浮頭式換熱器一端管板固定在殼體與管箱之間 ,另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng) ,也就是殼體和管束熱膨脹可自由。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、制造容易、管程清洗檢修方便 ,但殼程清洗困難 ,管束制造后有溫差應(yīng)力存在。主要由外殼、管板、管束、封頭 等主要部件組成。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過 50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力 [3]。 分類及特點(diǎn) 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。同樣，為提高管外流速 ，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。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。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；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。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管束，增強(qiáng)流體湍流程度。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。 管程式換熱器結(jié)構(gòu) 由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。 該換熱器嚴(yán)格按照 ASME標(biāo)準(zhǔn)制造。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個(gè)工序。 三、新型麻花管換熱器 瑞典 Alares公司開發(fā)了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。 螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。此種結(jié)構(gòu)克服了普通折流板的主要缺點(diǎn)。 為此，美國提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。 二、螺旋折流板換熱器 在管殼式換熱器中，殼程通常是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 因而氣動(dòng)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(jìn)行補(bǔ)充加固。 為了評(píng)估翅片底面接觸阻力對翅片效率的影響，特對氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器元件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。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?，F(xiàn)就幾種新型換熱器的特點(diǎn)簡介如下： 一、氣動(dòng)噴涂翅片管換熱器俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法，即氣動(dòng)噴涂法，來提高翅片表面的性能。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。 國外 換熱器 市場 管殼式換熱器 占 64％。雖然它在結(jié)構(gòu)緊湊性、傳熱強(qiáng)度和單位金屬消耗量方面無法與板翅式換熱器相比，但它由于前述的一些優(yōu)點(diǎn)，因而在化工、石油、能源等行業(yè)的應(yīng)用中仍處于主導(dǎo)地位。當(dāng)前換熱器發(fā)展的基本趨勢是：繼續(xù)提高設(shè)備的傳熱效率，促進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性，加強(qiáng)生產(chǎn)制造的標(biāo)準(zhǔn)系列化和專業(yè)化，并在廣泛的范圍內(nèi)繼續(xù)向大型化的方向發(fā)展，模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成一個(gè)高技術(shù)體 系。到 90年代中期，大量的強(qiáng)化傳熱技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置中，帶來了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 對新型材料制成的換熱器開始注意。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。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。 國內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)、高等院校對傳熱理論及高效換熱器的研究一直非常重視，走過了從引進(jìn)、消化、吸收、發(fā)展到自主開發(fā)的歷程。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。換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的 40%左右，占總投資的 30%～ 45%。換熱器的應(yīng)用廣泛，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。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，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)用最廣的類型。 ............................................................ 1 概述 .................................................................. 1 管程式換熱器結(jié)構(gòu) .................................................. 3 分類及特點(diǎn) .................................................. 4 流道選擇 .......................................................... 7 材料選擇 .......................................................... 7 管殼式換熱器的傳熱強(qiáng)化技術(shù) ........................................ 8 主要控制參數(shù) ...................................................... 8 選用要點(diǎn) .......................................................... 9 施工、安裝要點(diǎn) .................................................... 9 管殼式換熱器腐蝕分析 ........................................... 10 管殼式換熱器的防腐保護(hù) .......................................... 11 新型換熱器簡介 .................................................. 11 第 2章 U形管式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................ 15 U形管式換熱器結(jié)構(gòu)介紹 ........................................... 15 筒體設(shè)計(jì) ......................................................... 16 封頭設(shè)計(jì) ......................................................... 16 管箱設(shè)計(jì) .............