管壳式换热器：工业热交换的核心利器

文摘 2024-11-07 18:07 甘肃

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1. 分类方式按结构形式分类固定管板式换热器：这种换热器的管束两端通过焊接等方式固定在管板上，管板与壳体连接。它的结构简单，成本较低。但是，由于管束和壳体的热膨胀系数不同，当温差较大时，可能会在管子和壳体中产生热应力，导致管子变形或损坏。

浮头式换热器：浮头式换热器的一端管板是固定的，另一端的管板（浮头）可以在壳体内自由移动。这种结构能够有效地补偿管束和壳体之间的热膨胀差，适用于冷热流体温差较大的场合。

U形管式换热器：其管束呈U形，管子的两端都固定在同一管板上。这种结构使得管束能够自由伸缩，也能较好地适应热膨胀。而且，U形管式换热器只有一块管板，减少了管板与管子之间的连接点，降低了泄漏的可能性。不过，U形管内部清洗比较困难，因为管子是弯曲的，清洗工具难以深入。它常用于管内流体比较洁净、不易结垢的场合，如一些高温高压的气体换热过程。

按流体流经方式分类单程管壳式换热器：热流体和冷流体在换热器中只经过一次换热过程。这种换热器结构简单，但换热效率相对较低。通常适用于对换热效率要求不高或者流体流量较小的情况。

多程管壳式换热器：通过在管程和/或壳程设置隔板，使流体多次往返流动，从而增加流体的流速和换热时间，提高换热效率。例如，在一些大型的化工装置中，为了充分利用热能，会采用多程管壳式换热器来处理大量的流体。

2. 设计要点换热面积计算：换热面积是根据热交换的任务量来确定的。需要考虑流体的流量、温度变化以及两种流体的比热容等因素。在实际设计中，还要考虑一定的余量，以应对可能出现的工况变化。

材料选择：对于金属管壳式换热器，管子和壳体的材料选择至关重要。要考虑流体的腐蚀性、工作温度和压力等因素。如果流体具有较强的腐蚀性，像含有酸性物质的化工原料，就需要选择耐腐蚀的金属材料，如不锈钢、钛合金等。对于高温高压的工作环境，材料的强度和耐高温性能也是重点考虑因素，例如，在超临界锅炉的换热器中，可能会采用合金钢材料来满足设备的性能要求。

压力降设计：流体在管程和壳程流动时会产生压力降。压力降过大，会增加流体输送的能耗，并且可能影响整个系统的正常运行。在设计时，要通过合理选择管子直径、排列方式以及折流板的形式等因素来控制流体的流速，从而控制压力降。例如，在设计管程时，采用较小的管径可以增加换热面积，但同时也会增加流体的流速和压力降，所以需要综合考虑。

3. 制造工艺管子与管板的连接：这是金属管壳式换热器制造的关键环节。常见的连接方式有胀接和焊接。胀接是通过机械或液压等方式使管子产生塑性变形，使其紧密地贴合在管板的孔内，这种方式适用于压力较低、温度不高的场合。焊接则是将管子与管板通过焊接工艺连接在一起，它能提供更高的连接强度，适用于高压、高温等恶劣工况。在实际制造中，有时也会采用胀接 + 焊接的复合连接方式，以充分发挥两者的优势。

壳体制造：壳体一般是通过卷板、焊接等工艺制成圆筒形。在制造过程中，要保证壳体的圆度、直线度和壁厚均匀性。对于大型的壳体，还需要进行无损检测，如超声检测、射线检测等，以确保壳体的质量，防止出现焊接缺陷等问题。

组装过程：在组装换热器时，首先要将管束安装到管板上并固定好，然后将管束和管板一起装入壳体内。在这个过程中，要注意保护管束，防止管子被损坏。同时，还要安装折流板等部件，并且保证各个部件的安装位置准确，以确保流体能够按照设计的路径流动。

4. 操作与维护注意事项

操作方面：在启动换热器时，要缓慢引入流体，防止由于热冲击等因素导致设备损坏。例如，在启动过程中，先缓慢开启冷流体阀门，使冷流体逐渐充满换热器，然后再引入热流体，并且要控制热流体的流量和温度变化速度。在运行过程中，要密切关注流体的压力、温度、流量等参数，确保它们在设计范围内。如果出现异常情况，如压力突然升高或温度急剧下降，要及时采取措施，如调整阀门开度或停止设备运行。

维护方面：定期对换热器进行检查和维护是保证其长期稳定运行的关键。主要检查内容包括管子是否有泄漏、腐蚀、结垢等情况，管板和壳体的连接部位是否牢固等。对于结垢问题，根据垢层的性质和厚度，可以采用化学清洗或机械清洗的方法。化学清洗是利用化学试剂与垢层发生化学反应，将垢层溶解或剥离；机械清洗则是通过物理方法，如使用刷子、高压水枪等工具来清除垢层。

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