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管壳式换热器的类型

作者:冷水机时间:2021-08-19 14:20:40阅读量:27564

信息摘要:

  一般来说,有两种可用的壳管式换热器,每一种都适用于它所使用的行业:一种是用于石油化工行业并遵循TEMA(Tubular Exchanger Manufacturers)的壳管式换热器协会标准;另一个是用于供热行业的那些,例如用于给水加热或热电厂冷凝器的热交换器。

管壳式换热器的类型

  一般来说,有两种可用的壳管式换热器,每一种都适用于它所使用的行业:一种是用于石油化工行业并遵循TEMA(Tubular Exchanger Manufacturers)的壳管式换热器协会标准;另一个是用于供热行业的那些,例如用于给水加热或热电厂冷凝器的热交换器。

  最流行的换热器类型之一是壳管式换热器,由于其容量大,可在广泛的压力和温度范围内使用。简而言之,管壳式换热器是一种使用圆柱形外壳内的管子在两种工作流体之间产生热接触的装置。这两个整体路径通常由导热金属(钢、铝合金等)制成,可以轻松进行热传递。

  一种工作流体从管子的入口流到管侧的出口,而在壳侧,单独的流体流过管子。管束中的管子数量决定了为壳程流动提供了多少表面积,从而决定了传递了多少热量。这些设备是最有效的热交换工具之一,因为它们具有出色的传热性能,并且结构紧凑且易于构建和维护。广泛应用于冷凝器、蒸发器、透平冷却器、给水预热等行业。

  管壳式换热器的部件

  结构主要部件的变化使得管壳式换热器的类型不同。无论该换热器用于哪个行业,壳管式换热器均由以下主要部件构成。

  管束

  该套件由管、管板、挡板和拉杆组成,用于将管束固定在一起。

  

  外壳包含管束;一种工作流体在管壳内流动。

  前集管

  前集管也称为固定集管,是流体进入换热器管侧的地方。

  后集管

  后集管是管侧流体离开换热器的地方,或者在具有多个管侧通道的换热器中返回前集管。

  管壳式换热器的几何术语

  由于壳管式换热器很常见,因此制定了标准命名法用于它们的名称并由 TEMA 使用。此命名法是根据字母和图表设置的。第一个字母说明前头型,第二个说明壳型,第三个表示后头型。

  管壳式换热器的主要类型

  可以考虑许多前集管、外壳和后集管的布置。这里介绍了三种主要组合。

  固定管板换热器

  在这种类型的换热器中,管板焊接在外壳上。这导致简单且经济的结构,并且可以机械地或化学地进行管孔的清洁。然而,管子的外表面除了化学清洗外是不可接近的。后集管通常为 L、M 和 N 型。

  假设壳管材料之间存在很大的温差。在这种情况下,可能需要在壳体中形成膨胀波纹管,以消除膨胀引起的过度应力。这种波纹管通常是导致工作无力和失败的原因。在故障严重的情况下,通常使用其他单元类型。

  这是所有可拆卸管束中最便宜的设计,但通常比低压下的固定管板贵一些。

  U型管换热器

  在 U 型管换热器中,可以使用任何类型的前集管,后集管通常是 M 型。U 型管允许无限的热膨胀。此外,可以去除管束进行清洁,并且可以获得小管束到外壳的间隙。由于很难用机械工具清洁管内,因此通常仅在管侧流体清洁的地方使用这种类型。

  浮头换热器

  在浮头式换热器中,管板不是在后集管端焊接到壳体上,而是允许移动或浮动。前集管处的管板(管侧的流体入口端)的直径大于壳体,其密封方式类似于固定管板设计中应用的密封方式。外壳后集管端的管板直径略小于外壳,允许将管束拉过外壳。

  浮动头的应用意味着允许热膨胀,并且可以去除管束以进行清洁。可以使用多种类型的后头,但 S 型后头是最常见的。浮头换热器适用于执行与高温和高压相关的精确服务,但比等效的固定管板换热器贵(碳钢结构通常为 25%)。

  管壳式换热器零件的类型

  下面简要介绍了各种类型的集管、外壳和挡板。

  前集管类型

  前端接头包括 A、B、C、D、N 和 Y 类型。

  A 型前集管允许进入管道进行清洁或维修,而不会干扰管道。很容易修复和更换。但泄漏风险和集管成本高于B型集管。

  B 型是最便宜的前头型。与A型相比,更适用于更高的压力。B 型前集管的缺点是接近管会导致管道干扰以移除集管。

  C 型集管适用于高压应用(超过 100 bar)。它允许在不干扰管道的情况下进入管子。然而,维修和更换是困难的。

  D 型前接头是最昂贵的类型。这种类型的用途是在非常高压的情况下(超过 150 bar)。它允许在不干扰管道的情况下进入管子。在这种类型中,维修和更换具有挑战性。

  N 型集管可在不干扰管道的情况下访问管子。此外,它比A型便宜。但是,维护更换困难的问题依然存在。

  Y型可用作前或后集管,用于管道中使用换热器时。它是最便宜的集管类型,可降低管道成本。尽管它主要用于单管通过单元,但可以通过适当的分区允许任何奇数的通过。

  后集管类型

  后集管包括 L、M、N、P、S、T、U 和 W 类型。

  L 型后集管仅用于固定管板,因为管板是焊接在外壳上的,并且无法接触到管子的外部。L 型后集管的主要优点是无需拆除管道即可进入管子内部。然而,主要的缺点是需要一个膨胀辊来允许大的热膨胀,限制了允许的工作温度和压力。

  M 型收割台与 L 型后收割台类似,但价格稍便宜。然而,它必须被移除才能进入管子的内部。

  N 型后集管类型的优点是可以在不干扰管道的情况下访问管子。但是,N 型接头很难维修和更换。

  P 型集管是一种廉价的浮动集管,允许进入要清洁的管子内部。对于此目标,它可以移除捆绑包进行清洁。然而,它适用于低压和非危险流体,以及小的热膨胀。

  S-type 是最昂贵的浮动标题类型。然而,它的好处是可以移除束,并且可以实现无限的热膨胀。

  T 型比 S 型更便宜且更容易移除束,但允许无限热膨胀。

  U 形管是最便宜的可拆卸管束设计,但在低压下比固定管板稍贵。然而,它允许无限制的热膨胀和束移除以清洁管的外部。U 形管设计仅限于偶数管程数。

  W 型后集管是最便宜的浮动集管,允许无限制的热膨胀和管束拆卸以进行清洁。在这种集管类型中,对低压无害流体的限制是一个问题。

外壳类型

  外壳的类型有 E、F、G、H、J、K 和 X 型。

  最常见的外壳类型是 E 型,非常适合大多数应用。F 型适用于管两侧需要纯逆流的情况。G型用于壳侧压降小的情况。H 型类似于 F 型,但单位更大。

  J型壳通常用于最大允许压降大于E型壳的情况。当管振动是一个问题时,它也被使用。K 型仅用于再沸器以提供大的分离空间,以最大限度地减少壳程流体携带。当其他壳类型的所有组合超过最大壳侧压降时,X 型是合适的。

  挡板类型

  由于更大的湍流,挡板直接流过壳侧以增加有效的热传递。它们还有助于支撑管道免受振动损坏。挡板连接到管束而不是外壳,因此管束仍然可以拆卸以进行维护。

  三种主要类型的挡板是单节段、双节段和圆盘和环形,分别如下图所示。

  管壳式换热器设计的类型

  壳管式设计有许多变体。

  U型管换热器

  通常,每根管子的末端通过管板上的孔连接到集气室(有时称为水箱)。管子可以是直的或弯曲的 U 形,就像核电站中的两相蒸汽发生器一样。

  大多数壳管式换热器在管侧具有 1、2 或 4 个通道。这些数字是指管中的流体通过外壳的时间。

  直管式换热器

  发电厂的表面冷凝器通常来自单程直管式换热器。

  在二通和四通设计中,流体可以在同一侧进出,使结构更简单。

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