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換熱器的類型及應用

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換熱器的類型及應用

發布日期:2016-11-01 00:00 來源:http://www.bl-obi.com 點擊:

    貴州換熱器是化工,石油,動力,食品及其它許多工業部門的通用設備,在生產中占有重要地位。

  在化工生產中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等,應用更加廣泛。

  貴州換熱器種類很多,但根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即:間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中,間壁式換熱器應用最多。

  1.間壁式換熱器的類型

  (1)夾套式

  貴州換熱器

  這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結構簡單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱系數也不高。

  為提高傳熱系數且使釜內液體受熱均勻,可在釜內安裝攪拌器。當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施,以提高夾套一側的給熱系數。

  為補充傳熱面的不足,也可在釜內部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。

  (2)沉浸式蛇管換熱器

  這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應的形狀,并沉浸在容器內的液體中。

  蛇管換熱器的優點是結構簡單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制造;其缺點是容器內液體湍動程度低,管外給熱系數小。

  為提高傳熱系數,容器內可安裝攪拌器。

  (3)噴淋式換熱器

  這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上,熱流體在管內流動,冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下,故也稱噴淋式冷卻器。

  噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜,管外給熱系數較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作用。

  因此,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

  (4)套管式換熱器

  套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中,一種流體走管內,另一種流體走環隙,兩者皆可得到較高的流速,故傳熱系數較大。

  另外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對數平均推動力較大。套管換熱器結構簡單,能承受高壓,應用亦方便(可根據需要增減管段數目)。

  特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優點,在超高壓生產過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。

  (5)板式換熱器

  最典型的間壁式換熱器,它在工業上的應用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。

  主體結構由換熱板片以及板間的膠條組成。長期在市場占據主導地位,但是其體積大,換熱效率低,更換膠條價格昂貴(膠條的更換費用大約占整個過程的1/3-1/2)。

  主要應用于液體-液體之間的換熱,行業內常稱為水水換熱,其換熱效率在5000w/m2.K。為提高管外流體給熱系數,通常在殼體內安裝一定數量的橫向折流檔板。

  折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加。

  常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者應用更為廣泛。目前,由于中國新版GMP的推出,板式換熱將逐漸退出食品,飲料,制藥等衛生級別高的行業。

  (6)管殼式換熱器

  管殼式(又稱列管式)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,1.5mm,2mm以及2.5mm。

  進口換熱器,直徑最低可以到8mm,壁厚僅為0.6mm。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4.6倍。

  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到14000w/m2.k,大大提高生產效率,節約成本。

  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,以及制藥行業的必選。

  (7)雙管板換熱器

  也稱P型換熱器,是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管板,可以有效防止泄漏造成的污染。

  現在國產品牌較少,價格昂貴,一般在10萬元以上,進口可以到幾十萬。符合新版GMP規定,雖價格昂貴,但決定其市場廣闊。

  2.混合式換熱器

  混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的,這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻,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、循環水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。

  它的應用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生產部門中。

  按照用途的不同,可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型:(1)冷卻塔(或稱冷水塔),(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔),(3)噴射式熱交換器,(4)混合式冷凝器。

  3.蓄熱式換熱器

  蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設備。內裝固體填充物,用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子(有時用金屬波形帶等)。

  換熱分兩個階段進行。第一階段,熱氣體通過火格子,將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段,冷氣體通過火格子,接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。

  這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用,即當熱氣體進入一器時,冷氣體進入另一器。常用于冶金工業,如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學工業,如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室,人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。

  蓄熱式換熱器一般用于對介質混合要求比較低的場合。

  4.新型換熱器

  (1)氣動噴涂翅片管換熱器

  俄羅斯提出了一種先進方法,即氣動噴涂法,來提高翅片化表面的性能。

  其實質是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。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。

  通常在實踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。為了評估翅片管換熱器元件進行了試驗研究。試驗是采用在翅片表面噴涂ac-鋁,并添加了24a白色電爐氧化鋁。

  將試驗所得數據加以整理,便可評估翅片底面的接觸阻力。將研究的翅片的效率與計算數據進行比較,得出的結論是:氣動噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實質性影響。

  為了證實這一點,又對基部(管子)與表面(翅片)的過渡區進行了金相結構分析。對過渡區試片的分析表明,連接邊界的整個長度上無不嚴密性的微裂紋。

  所以,氣動噴涂法促進表面與基本相互作用的分支邊界的形成,能促進粉末粒子向基體的滲透,這就說明了附著強度高,有物理接觸和金屬鏈形成。

  因而氣動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行補充加固。

  可以預計,氣動噴涂法在緊湊高效換熱器的生產中,將會得到廣泛應用。

  (2)螺旋折流板換熱器

  在管殼式換熱器中,殼程通常是一個薄弱環節。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(z字形流道),這樣會導致較大的死角和相對高的返混。

  而這些死角又能造成殼程結垢加劇,對傳熱效率不利。返混也能使平均溫差失真和縮小。其后果是,與活塞流相比,弓形折流板會降低凈傳熱。

  優越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求,故常為其他型式的換熱器所取代(如緊湊型板式換熱器)。對普通折流板幾何形狀的改進,是發展殼程的。

  第一步,雖然引進了密封條和附加諸如偏轉折流板及采取其他措施來改進換熱器的性能,但普通折流板設計的主要缺點依然存在。

  為此,美國提出了一種新方案,即建議采用螺旋狀折流板。這種設計的先進性已為流體動力學研究和傳熱試驗結果所證實,此設計已獲得專利權。此種結構克服了普通折流板的主要缺點。

  螺旋折流板的設計原理很簡單:將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統”中,每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一,其傾角朝向換熱器的軸線,即與換熱器軸線保持一傾斜度。相鄰折流板的周邊相接,與外圓處成連續螺旋狀。

  折流板的軸向重疊,如欲縮小支持管子的跨度,也可得到雙螺旋設計。螺旋折流板結構可滿足相對寬的工藝條件。

  此種設計具有很大的靈活性,可針對不同操作條件,選取最佳的螺旋角;可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流板結構。

  (3)新型麻花管換熱器

  瑞典alares公司開發了一種扁管換熱器,通常稱為麻花管換熱器。

  美國休斯頓的布朗公司做了改進。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個工序。

  改進后的麻花管換熱器同傳統的管殼式換熱器一樣簡單,但有許多激動人心的進步,它獲得了如下的技術經濟效益:改進了傳熱,減少了結垢,真正的逆流,降低了成本,無振動,節省了空間,無折流元件。

  由于管子結構獨特使管程與殼程同時處于螺旋運動,促進了湍流程度。該換熱器總傳熱系數較常規換熱器高40%,而壓力降幾乎相等。組裝換熱器時也可采用螺旋扁管與光管混合方式。

  該換熱器嚴格按照asme標準制造。凡是用管殼式換熱器和傳統裝置之處均可用此種換熱器取代。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設備所獲得的最佳值。估計在化工、石油化工行業中具有廣闊的應用前景。

  (4)螺旋管式換熱器

  在管子上纏繞金屬絲作為筋條(翅片)的螺旋管式換熱器(ta),一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。

  但這種方法對整個設備的質量有一系列的影響,因為釬焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。更重要的是,由于焊料迅速老化和破碎會造成機器和設備堵塞,隨之提前報損。

  (5)變聲速增壓熱交換器

  變聲速增壓熱交換器即兩相流噴射式熱交換器,廣泛適用于汽—水換熱的各個領域。

  由中國洛陽藍海實業有限公司自主研發。它以蒸汽為動力,通過汽水壓縮混合,使水溫瞬時升高,利用壓力激波技術達到無外力增壓的效果,顯著的節能和增壓特點大大降低了用戶使用成本,可取代傳統的熱交換器。

  變聲速增壓熱交換器是一種混合型汽—水換熱設備,蒸汽經過絕熱膨脹技術處理以射流態引入混合腔與經過膜化處理的被加熱水在蒸汽沖擊力作用下均勻混合,形成具有一定計算容積比的汽水壓縮混合物,當其瞬間壓縮密度達到一定值時便形成了兩相流體場現象。

  在場態的激化下,該混合物的聲速值出現突破聲障臨界的過渡性轉變,同時爆發大量壓力激波,壓力激波單向傳導特性使瞬間達到設計溫度的熱水在不變截面管道中出現壓力升高卻不回流現象。

  貴州換熱器變聲速增壓熱交換技術是以兩相流體場的有序激化強制完成“瞬時換熱+無外力增壓”雙效應。


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