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(jīng)濟的高速發(fā)展，從而制造業(yè)也在與日俱進，管殼式換熱器在各個行業(yè)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(xiàn)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(fā)展需要，換熱器已成為現(xiàn)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(yè)都使用換熱器來節(jié)省能量，對能量實現(xiàn)循環(huán)利用提高了生產(chǎn)效率。現(xiàn)在國家非常重試環(huán)境的保護和節(jié)能，尤其在能源、機械、制冷、空調等行業(yè)對換熱器的需求更加多。換熱器能夠充分利用工業(yè)的二次能源，并且能夠實現(xiàn)余熱回收和節(jié)能 任何一種石油、化工產(chǎn)品，都是人們利用一定的生產(chǎn)技術和按照特定的工藝要求。在生產(chǎn)實踐中，要實現(xiàn)某種化工生產(chǎn)就需要有相應的機器和設備。石油化學等過程工業(yè)的絕大數(shù)生產(chǎn)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(chǎn)工藝過程服務的，它必須在規(guī)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(chǎn)最多的產(chǎn)品，而且在經(jīng)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(jù)實際工況進行設計，殼程也是根據(jù)實際所需進行定制，因此規(guī)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(chǎn)生應力，防止殼體和換熱管局部地區(qū)產(chǎn)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(jié)膨脹節(jié)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(tǒng)，即熱力系統(tǒng)沒有能量的交換，該系統(tǒng)的能量交換關系：

式中，Q表示系統(tǒng)從外界吸收的能量， W表示系統(tǒng)對外界做功，△U表示系統(tǒng)內能；△Ek表示系統(tǒng)動能，△EP表示熱力系統(tǒng)的勢能。

（1）增大傳熱的面積：

1）對管殼式的結構進行優(yōu)化，通過計算和實驗對內外導管進行優(yōu)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(shù)器。

3 增大傳熱系數(shù)

傳熱過程中，各熱阻與總傳熱系數(shù)關系如下

從上式可以看出傳熱系數(shù)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(shù)；而當兩者差別較大時，要設法增大換熱系數(shù)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(shù)，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(fā)生振動，因此，對小流量或介質的粘度較差是優(yōu)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(jīng)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(shù)的介質溫度接近非常接近時，管殼介質換熱系數(shù)更合理，冷、熱介質溫度小，兩介質熱交換系數(shù)大，熱管螺紋的介質換熱系數(shù)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(xiàn)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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