管殼式換熱器的特性與用途研究

王艷彩

摘 要：近幾年隨著國家經濟的高速發展，從而制造業也在與日俱進，管殼式換熱器在各個行業使用的越來越多，但是對于管殼式換熱器的研究較少。本文針對現有的管式換熱器，對其工作原理和傳熱性能進行分析，并且提出了改進傳熱的措施，為管殼式的廣泛應用打下了基礎。

關鍵詞：管殼式，換熱器的特點，換熱器的用途

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.017

隨著科學技術的發展需要，換熱器已成為現代化不可缺少的工藝裝備，在工程實踐中應用廣泛，很多大型企業都使用換熱器來節省能量，對能量實現循環利用提高了生產效率。現在國家非常重試環境的保護和節能，尤其在能源、機械、制冷、空調等行業對換熱器的需求更加多。換熱器能夠充分利用工業的二次能源，并且能夠實現余熱回收和節能 任何一種石油、化工產品，都是人們利用一定的生產技術和按照特定的工藝要求。在生產實踐中，要實現某種化工生產就需要有相應的機器和設備。石油化學等過程工業的絕大數生產過程都是在化工設備這一特定空間內進行的。化工容器及設備是為生產工藝過程服務的，它必須在規定的工藝條件下，在單位時間內，盡可能利用最少的資源，最小的空間生產最多的產品，而且在經濟上也是最為合理的。

1 管殼式換熱器的工作原理

管殼式換熱器的連接方式有多種多樣，其中固定式連接、U型管式連接和滑動式連接應用較多。管殼式換熱管可以分為倆種，結構簡單而且其殼體內徑很小，管程可以根據實際工況進行設計，殼程也是根據實際所需進行定制，因此規格范圍廣，在工程實踐中應用較多。在管殼式換熱器中，在殼程流體和管程流體之間因為流動性而存在一定的溫差，在溫差作用下會使殼體和換熱管之也形成一個溫度差，從而會造成殼體和換熱管之間會產生應力，防止殼體和換熱管局部地區產生應力集中而破裂，從而造成換熱管破壞。因此，必須在殼體和換熱管之間加一節膨脹節來防止兩個零件遭到不同程度破壞，也可以通過加厚兩個零件的厚度來防止其破壞。

管殼式換熱器由殼體和管束組成，管束包括多個管道相連接。管殼式換熱器一般的工作壓力可達4.5MPa，而且能夠在工作溫度低于200°C下進行操作。已有的加工水平，其殼體直徑一般低于2000mm，而且其管道長度也小于10m。

2 管殼式換熱器的傳熱性能分析

對于一個封閉的系統，即熱力系統沒有能量的交換，該系統的能量交換關系：

式中，Q表示系統從外界吸收的能量， W表示系統對外界做功，△U表示系統內能；△Ek表示系統動能，△EP表示熱力系統的勢能。

（1）增大傳熱的面積：

1）對管殼式的結構進行優化，通過計算和實驗對內外導管進行優化，增加其有效傳遞面積。

2）對管殼式的面積進行增大，通過增加翅片來增大受熱面積。

3）增加管殼式換熱器的總體面積。

（2）增大傳熱平均溫差：

傳熱平均溫差的大小是由兩種冷、熱液體溫度所決定，當雙方都變溫度的流體，應盡可能考慮從逆流的結構以獲得接近計數器。

3 增大傳熱系數

傳熱過程中，各熱阻與總傳熱系數關系如下

從上式可以看出傳熱系數的增大和K值的大小有關。如果Ri較大時，則應主要考慮如何防止或延緩垢層的形成或使污垢層清洗方便當hj和h0差別不大時，最好能同時提高兩流體的對流換熱系數；而當兩者差別較大時，要設法增大換熱系數較小的一項。

4 提高管殼式換熱器傳熱能力的措施

提高管殼式換熱器換熱能力的措施包括以下內容：

（1）提高管殼式換熱器的平均對數，必須盡量提高冷、熱流體的逆流比例。

（2）確定管側和殼側介質。在換熱器的設計中，換熱器殼內安裝擋板，當阻力> 100，殼體就會發生振動，因此，對小流量或介質的粘度較差是優選殼熱介質；因為這樣清洗殼體更加簡單，當有沉淀和碎片時應該遵循易結垢管；從經濟性考慮，對于高溫、高壓、腐蝕性介質的管作為傳熱介質更為合理；冷凝式換熱器一般采用剛性結構，如果冷、熱介質溫度、壁面溫度和換熱系數的介質溫度接近非常接近時，管殼介質換熱系數更合理，冷、熱介質溫度小，兩介質熱交換系數大，熱管螺紋的介質換熱系數更合理。

（3）加強管殼式換熱器傳熱的結構措施。在換熱器的設計中，通常采用強化傳熱來提高換熱器的傳熱能力.。常用的強化傳熱措施有：采用高效傳熱表面、靜電場強化傳熱、壁厚、攪拌等。

5 總結

本文針對現有的管式換熱器，對其工作原理和傳熱性能進行分析，并且提出了改進傳熱的措施，為管殼式的廣泛應用打下了基礎。

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