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管殼式換熱器(shell and tube heat exchanger)又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構較簡單，操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用最廣的類型。

結構

管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板(擋板)和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體;另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數大;正方形排列則管外清洗方便，適用于易結垢的流體。

類型

管殼式換熱器由于管內外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內將產生很大熱應力，導致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過50℃時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應力。根據所采用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型:

①固定管板式換熱器管束兩端的管板與殼體聯成一體，結構簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應力。

②浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣，但結構比較復雜，造價較高。

③ U型管式換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力，結構比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

④渦流熱膜換熱器渦流熱膜換熱器采用最新的渦流熱膜傳熱技術，通過改變流體運動狀態(tài)來增加傳熱效果，當介質經過渦流管表面時，強力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。最高可達10000W/m2℃。同時這種結構實現了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱系數降低。

據【換熱設備推廣中心】的資料顯示，渦流熱膜換熱器的最大特點在于經濟性和安全性統一。由于考慮了換熱管之間，換熱管和殼體之間流動關系，不再使用折流板強行阻擋的方式逼出湍流，而是靠換熱管之間自然誘導形成交替漩渦流，并在保證換熱管不互相摩擦的前提下保持應有的顫動力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會彼此碰撞，既克服了浮動盤管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問題，又避免了普通管殼式換熱器易結垢的問題。

性能

特點

1.高效節(jié)能，該換熱器傳熱系數為6000-8000W/m2.0C。

2.全不銹鋼制作，使用壽命長，可達20年以上。

3.改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻。

4.換熱速度快，耐高溫(400℃)，耐高壓(2.5Mpa)。

5.結構緊湊，占地面積小，重量輕，安裝方便，節(jié)約土建投資。

6.設計靈活，規(guī)格齊全，實用針對性強，節(jié)約資金。

7.應用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質熱交換。

8.維護費用低，易操作，清垢周期長，清洗方便。

9.采用納米熱膜技術，顯著增大傳熱系數。

10.應用領域廣闊，可廣泛用于熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫(yī)藥、能源電子、機械輕工等領域。

性能對比
 

非金屬材料換熱器化工生產中強腐蝕性流體的換熱，需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。

其中以碳化硅為主要材質的陶瓷換熱器具有以下特點:

陶瓷換熱器的生產工藝與窯具的生產工藝基本相同，導熱性與抗氧化性能是材料的主要應用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風及高溫保護，當窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應是1000-1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，可節(jié)約能源25%-45%，這樣直接降低生產成本，增加經濟效益。

陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫余熱的最佳換熱器。經過多年生產實踐，表明陶瓷換熱器效果很好。它的主要優(yōu)點是:導熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。是目前回收高溫煙氣余熱的最佳裝置。

目前，陶瓷換熱器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業(yè)主要熱工窯爐，正在為世界的節(jié)能減排事業(yè)作出了巨大的貢獻。

流道的選擇進行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道:①不潔凈和易結垢流體宜走管程，因管內清洗較方便;②腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕;③壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力;④飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數與流速無關,且冷凝液容易排出;⑤若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時，宜使傳熱分系數大的流體走殼程，以減小熱應力。

操作強化當管壁兩側傳熱分系數相差很大時(如粘度小的液體與氣體間的換熱)，應設法減小傳熱分系數低的一側的熱阻。如果管外傳熱分系數小，可采用外螺紋管(低翅片管)，以增大管外一側的傳熱面積和流體湍動，減小熱阻。如果管內傳熱分系數小，可在管內設置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強管內擾動，強化換熱，當然這時流體的流動阻力也將增大。

換熱機組
 

熱敏傳感換熱機組屬冷熱直混型換熱機組，換熱效率可達到極限百分之百，這同傳統間壁式換熱器如管殼式換熱器有著本質的不同，眾所周知傳統間壁式換熱器因其本身存在的致命缺陷--噪音及振動，難以得到市場的廣泛推廣和客戶認同。由于系統種種原因造成的壓力波動會引發(fā)該類型換熱器強烈的運行噪音，給用戶使用帶來極大不便。

熱敏傳感換熱機組成功攻克了上述換熱器存在的技術缺陷，通過傳質傳熱和噴射原理相結合，徹底消除了因系統壓力波動而引發(fā)的巨大噪音源，不但實現了熱敏和冷敏的零熱阻熱交換，更充分利用了冷凝水的顯熱值，使換熱效率達到極高境界，另外該產品充分利用帶壓蒸汽本身的內外動能，推動整個系統的循環(huán)，大大降低了因推動系統循環(huán)而消耗的電能，同時冷凝水可得到百分百的回收利用，在沒有特殊原因情況下系統無需另外補水。使產品充分達到了節(jié)汽，節(jié)電，節(jié)水三位一體的節(jié)能效果，為用戶及社會創(chuàng)造了可觀的節(jié)能效益，產品的價值進一步增值。由于冷凝水重新被系統回收利用，整個系統用水被純凈的冷凝水完全替代，因而在源頭上徹底消除了整個系統結垢的可能性，從主換熱器到用戶的散熱器片都在一種理想的工況條件下運行，大大提升了整個換熱系統的運行效率以及換熱機組的使用壽命。

技術特點:

1、傳熱迅捷、換熱高效、換熱效率可達100%。

2、冷凝水充分回收，循環(huán)利用，整個系統水自潔防垢，換熱器、散熱器及換熱系統可保持長效穩(wěn)定高效的熱交換性能，最大限度降低系統結垢現象，不會因難以克服的結垢弊端而降低系統換熱效率。

3、換熱器采用全不銹鋼制作，產品結構設計科學，工藝制作精良，使用壽命長，可達20年以上。

4、關鍵部件采用德國先進工藝技術及訂單加工，因而主機不受蒸汽壓力及系統壓力影響，有效消除噪音、汽擊現象，整機運行平穩(wěn)。

5、冷凝水被完全吸收和利用，系統沒有特殊原因，無需設置補水裝置，大大節(jié)約了系統用水及運行費用。

6、整套機組結構緊湊，占地面積小，大大節(jié)省土建投資，同時，由于換熱效率極高，運行中系統又無需補水，整個機組節(jié)汽、節(jié)電、節(jié)水三位一體，為用戶創(chuàng)造可觀的節(jié)能效益。

7、機組具備高智能自動化控制功能，可實現超壓、超溫保護，斷電蒸汽自動切斷及室外溫度自動補償功能并可實現遠程監(jiān)控，為用戶提供高枕無憂的運行平臺。

8、應用領域廣闊，可廣泛用于熱電、廠礦、食品醫(yī)療、機械輕工、民用建筑等領域的采暖、熱水洗浴及其他用途。

9、應用條件寬泛，可用于較大壓力、溫度范圍的熱交換。

冷卻特點

1.傳熱管采用外表面軋制翅片的銅管,導熱系數高,換熱面積大。

2.導流板引導殼程流體在換熱器內呈折線形連續(xù)流動，導流板間距可根據最佳流速進行調節(jié)，結構堅固，能滿足大流量甚至超大流量、脈動頻率高的殼程流體換熱。

3.當殼程流體為油液時，適用于粘度低和較清潔的油液換熱。

控制參數

1.管殼式換熱器的主要控制參數為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數等。

選用要點

1)、根據已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計換熱面積，一般先假定傳熱系數，確定換熱器構造，再校核傳熱系數K值。

2)、選用換熱器時應注意壓力等級，使用溫度，接口的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長型，有利于提高換熱量。

3)、換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在0.01~0.05MPa之間;

4)、流速大小應考慮流體黏度，黏度大的流速應小于0.5~1.0m/s;一般流體管內的流速宜取0.4~1.0m/s;易結垢的流體宜取0.8~1.2m/s。

5)、高溫水進入換熱器前宜設過濾器。

6)、熱交換站中熱交換器的單臺處理和配置臺數組合結果應滿足熱交換站的總供熱負荷及調節(jié)的要求。在滿足用戶熱負荷調節(jié)要求的前提下，同一個供熱系數中的換熱器臺數不宜少于2臺，不宜多于5臺。

安裝要點

1)、熱交換器應以最大工作壓力的1.5倍做水壓試驗，蒸汽部分應不低于蒸汽供汽壓力加0.3MPa;熱水部分應不低于0.4MPa。在試驗壓力下，保持10min壓力不降。

2)、管殼式換熱器前端應留有抽卸管束的空間，即其封頭于墻壁或屋頂的距離不得小于換熱器的長度，設備運行操作通道凈寬不宜小于0.8m。

3)、各類閥門和儀表的安裝高度應便于操作和觀察。

4)、加熱器上部附件(一般指安全閥)的最高點至建筑結構最低點的垂直凈距應滿足安裝檢測的要求，并不得小于0.2m。

執(zhí)行標準

產品標準

《管殼式換熱器》GB151-1999

《導流型容積式水加熱器和半容積式水加熱器(U型管束)》CJ/T 163-2002

工程標準

《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規(guī)范》GB50242-2002

相關標準圖

05R103 熱交換站工程設計施工圖集

01S122-1~10水加熱器選用及安裝

腐蝕分析

管殼式換熱器的材料一般以碳鋼、不銹鋼和銅為主，其中碳鋼材質的管板在作為冷卻器使用時，其管板與列管的焊縫經常出現腐蝕泄漏，泄漏物進入冷卻水系統污染環(huán)境又造成物料浪費。

管殼式換熱器在制作時，管板與列管的焊接一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分布也不均勻。使用時管板部分一般與工業(yè)冷卻水接觸，而工業(yè)冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕，這就是我們常說的電化學腐蝕。研究表明，工業(yè)水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結構的復雜程度也會影響腐蝕形態(tài)。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看，管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物，分布著大小不等的凹坑。以海水為介質時，還會產生電偶腐蝕?；瘜W腐蝕就是介質的腐蝕，換熱器管板接觸各種各樣的化學介質，就會受到化學介質的腐蝕。另外，換熱器管板還會與換熱管之間產生一定的雙金屬腐蝕。

綜上所述，影響管殼式換熱器腐蝕的主要因素有:

(1)介質成分和濃度:濃度的影響不一，例如在鹽酸中，一般濃度越大腐蝕越嚴重。碳鋼和不銹鋼在濃度為50%左右的硫酸中腐蝕最嚴重，而當濃度增加到60%以上時，腐蝕反而急劇下降;

(2)雜質:有害雜質包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等，這些雜質在某些情況下會引起嚴重腐蝕

(3)溫度:腐蝕是一種化學反應，溫度每提升 10℃，腐蝕速度約增加1~3倍，但也有例外;

(4)ph值:一般ph值越小，金屬的腐蝕越大;

(5)流速:多數情況下流速越大，腐蝕也越大。

防腐保護

針對冷卻塔防腐問題，傳統方法以補焊為主，但補焊易使管板內部產生內應力，難以消除，可能造成冷卻塔管板焊縫再次滲漏?，F西方國家多采用高分子復合材料的方法進行保護。其具有優(yōu)異的粘著性能及抗溫、抗化學腐蝕性能，在封閉的環(huán)境里可以安全使用而不會收縮，特別是良好的隔離雙金屬腐蝕和耐沖刷性能，從根本上杜絕了修復部位的腐蝕滲漏，為冷卻塔提供一個長久的保護涂層。