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各种换热器的工作原理和特点

发表时间:2023-01-04  |  点击率:218
  一、换热器
  1、U形管式换热器
  每根管子都弯成U形,固定在同一侧管板上,每根管可以自由伸缩,也是为了消除热应力。
  性能特点:
  (1)优点
  此类换热器的特点是管束可以自由伸缩,不会因管壳之间的温差而产生热应力,热补偿性能好;管程为双管程,流程较长,流速较高,传热性能较好;承压能力强;管束可从壳体内抽出,便于检修和清洗,且结构简单,造价便宜。
  (2)缺点
  是管内清洗不便,管束中间部分的管子难以更换,又因最内层管子弯曲半径不能太小,在管板中心部分布管不紧凑,所以管子数不能太多,且管束中心部分存在间隙,使壳程流体易于短路而影响壳程换热。
  此外,为了弥补弯管后管壁的减薄,直管部分需用壁较厚的管子。这就影响了它的使用场合,仅宜用于管壳壁温相差较大,或壳程介质易结垢而管程介质清洁及不易结垢,高温、高压、腐蚀性强的情形。
  2、沉浸式蛇管换热器
  沉浸式蛇管换热器以蛇形管作为传热元件的换热器,是间壁式换热器种类之一。根据管外流体冷却方式的不同,蛇管式换热器又分为沉浸式和喷淋式。
  (1)优点
  这是一种古老的换热设备。它结构简单,制造、安装、清洗和维修方便,便于防腐,能承受高压,价格低廉,又特别适用于高压流体的冷却、冷凝,所以现代仍得到广泛应用。
  (2)缺点
  由于容器体积比管子的体积大得多、笨重、单位传热面积金属耗量多,因此管外流体的表面传热系数较小。为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。
  3、列管式换热器
  冷流体走管内,热流体经折流板走管外,冷、热流体通过间壁换热。
  性能特点:
  列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以至管子扭弯或使管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。
  为了克服温差应力必须有温差补偿装置,一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时,为安全起见,换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与管壁温差低于60~70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6MPa时,由于补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿的作用,就应考虑其它结构。
  SPEET无源动力强化换热系统,是由深圳中创鼎新工业节能智能化技术有限公司自主研发的一项革新性的工业高效节能技术,可广泛应用于化工、冶金、石油、制盐、制糖、造纸、制药、海水淡化、制冷等行业的列管式换热器,有效解决列管式换热系统因设计或运行等原因导致的换热效率不足的问题,有效提高换热效率20%以上。
  与传统的换热器清洗方式相比,SPEET具有无腐蚀、无污染、免拆卸、对设备无损伤、高可靠性、高效节能的优势。
  SPEET工作原理为,沿着介质流向将SPEET纽带插入到每一根换热管中,当设备运行时,利用介质自身流速驱动SPEET装置不停地快速旋转,一方面打破管内温度分层,将流体边界滞留层厚度降低一个数量级,实现强化换热;另一方面通过强化扰流和对管壁不规则刮扫,减少垢的析出,阻止垢的附着,加快垢的剥蚀,防止换热管壁结晶或结疤,从而实现在线除垢防垢。通过这两方面共同作用,将换热器的换热系数K值提高20%-50%以上,从而达到节能降耗的目的。
  SPEET安装便捷,无需停工或改动换热器主体;无需专人维护,节省化学清洗及人工清洗费用,投资回报周期6到12个月,经济效益十分显著,大幅提升大工业用户能源利用效率,助力工业企业低碳绿色发展。
  4、螺旋板式换热器
  由两块相互平行的钢板,卷制成相互隔开的螺旋形流道。螺旋板的两端焊有盖板。冷热流体分别在两流道内流动。
  性能特点:
  (1)传热效率高(性能好)
  一般认为螺旋板式换热器的传热效率为列管式换热器的1~3倍。等截面单通道不存在流动死区,定距柱及螺旋通道对流动的扰动降低了流体的临界雷诺数,水-水换热时,螺旋板式换热器的传热系数最大可达3000W/(㎡·K)。
  (2)有效回收低温热能
  螺旋板式换热器由两张卷制而成,进行余热回收,充分利用低温热能。
  (3)运行可靠性强
  不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封,因而具有较高的密封性,保证两种工作介质不混合。
  (4)阻力小
  在壳体上的接管采用切向结构。比较低的压力损失,处理大容量蒸汽或气体;有自清刷能力,因其介质呈螺旋型流动,污垢不易沉积;清洗容易,可用蒸汽或碱液冲洗,简单易行,适合安装清洗装置;介质走单通道,允许流速比其他换热器高。
  (5)可多台组合使用
  单台设备不能满足使用要求时,可以多台组合使用。但组合时,必须符合下列规定:并联组合、串联组合,设备和通道间距相同。混合组合:一个通道并联,一个通道串联。
  5、喷淋式换热器
  热流体在裸露的管中流过,冷却水喷淋流过蛇管。
  性能特点:
  这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上,热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多。
  另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用。因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。
  6、热管换热器
  一根密封的金属管子,管内壁覆盖一层有毛细结构材料作成的芯网,其中间是空的。管内装有一定量的热载体(如液氨、氟利昂等),被气化,流向冷端,蒸汽在冷端被冷凝,放出汽化潜热,而加热了冷流体。冷凝液又流回热端,如此反复。
  性能特点:
  (1)热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体分开,在运行过程中,单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时,基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体,换热场合具有很高的可靠性。
  (2)热管换热器的冷、热流体分开流动,可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动,由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数,用于品位较低的热能回收场合非常经济。
  (3)对于含尘量较高的流体,热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式,解决换热器的磨损和堵灰问题。
  (4)热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时,可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度,使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。
  7、套管式换热器
  冷、热流体分别在内管和套管中流动并换热。
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