管殼式換熱器

管殼式換熱器

       管殼式換熱器是一類熱交換器設(shè)計(jì)。它是煉油廠和其他大型化工過(guò)程中Z常見(jiàn)的熱交換器類型，適合于高壓應(yīng)用。顧名思義，這種類型的熱交換器由一個(gè)外殼（一個(gè)大型壓力容器）組成，里面有一束管子。一種流體穿過(guò)管子，另一種流體流過(guò)管子（穿過(guò)外殼），在兩種流體之間傳遞熱量。這組管子被稱為管束，可能由幾種類型的管子組成：普通管、縱向翅片管等。

       兩種起始溫度不同的液體流經(jīng)熱交換器。一種流經(jīng)管子（管子一側(cè)），另一種流在管子外面，但在殼體內(nèi)（殼體一側(cè)）。熱量通過(guò)管壁從一種液體轉(zhuǎn)移到另一種液體，或者從管側(cè)轉(zhuǎn)移到殼側(cè)，或者反過(guò)來(lái)。液體可以是液體，也可以是殼側(cè)或管側(cè)的氣體。為了有效地傳遞熱量，應(yīng)該使用大的傳熱面積，從而導(dǎo)致使用許多管子。通過(guò)這種方式，廢熱可以被利用起來(lái)。這是節(jié)約能源的一種有效方式。

       每側(cè)只有一相（液體或氣體）的熱交換器可稱為單相或單相熱交換器。兩相熱交換器可用于加熱液體，使其沸騰為氣體（蒸汽），有時(shí)稱為鍋爐，或冷卻蒸汽并將其冷凝為液體（稱為冷凝器），相變通常發(fā)生在殼側(cè)。蒸汽機(jī)車的鍋爐通常是大型的，通常是圓柱形的殼管式熱交換器。在有蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的大型發(fā)電廠中，管殼式表面冷凝器被用來(lái)將渦輪機(jī)排出的蒸汽冷凝成冷凝水，再循環(huán)到蒸汽發(fā)生器中變成蒸汽。

       殼管式表面冷凝器還用于液冷式冷卻器，在蒸發(fā)器和冷凝器的制冷劑和水之間傳遞熱量，而在風(fēng)冷式冷卻器中只用于蒸發(fā)器。

       殼和管的設(shè)計(jì)可以有很多變化。通常情況下，每根管子的兩端通過(guò)管板上的小孔連接到柱狀物（有時(shí)稱為水箱）。管子可以是直的，也可以彎曲成U字形，稱為U型管。

       在被稱為壓水反應(yīng)堆的核電站中，被稱為蒸汽發(fā)生器的大型熱交換器是兩相、殼管式熱交換器，通常有U型管。它們被用來(lái)將表面冷凝器回收的水煮成蒸汽，以驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力。大多數(shù)殼管式熱交換器在管側(cè)是1、2或4個(gè)通道的設(shè)計(jì)。這是指管內(nèi)流體通過(guò)殼內(nèi)流體的次數(shù)。在單程熱交換器中，流體從每個(gè)管子的一端進(jìn)入，然后從另一端出來(lái)。

       電廠的表面冷凝器通常是單程直管換熱器。兩通和四通設(shè)計(jì)很常見(jiàn)，因?yàn)榱黧w可以在同一側(cè)進(jìn)入和退出。這使得結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。

       通常有擋板引導(dǎo)流經(jīng)殼側(cè)，這樣流體就不會(huì)在殼側(cè)走捷徑，留下無(wú)效的低流量。這些擋板通常連接在管束上，而不是外殼上，以便管束仍可拆卸以進(jìn)行維護(hù)。

       逆流式熱交換器是Z有效的，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S熱流和冷流之間的Z高對(duì)數(shù)平均溫差。然而，許多公司不使用U型管的雙通道熱交換器，因?yàn)樗鼈兒苋菀讚p壞，而且制造成本更高。通常情況下，可以使用多個(gè)熱交換器來(lái)模擬單個(gè)大型交換器的逆流。

       為了能夠很好地傳遞熱量，管子材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性。因?yàn)闊崃渴峭ㄟ^(guò)管子從熱端轉(zhuǎn)移到冷端，所以在管子的寬度上存在著溫度差。由于管子材料在不同的溫度下有不同的熱膨脹趨勢(shì)，在操作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。這是在流體本身的高壓所產(chǎn)生的任何壓力之外的。管子材料還應(yīng)該在工作條件（溫度、壓力、pH值等）下與管殼和管側(cè)流體長(zhǎng)期兼容，以盡量減少腐蝕等惡化現(xiàn)象。所有這些要求都要求仔細(xì)選擇堅(jiān)固、導(dǎo)熱、耐腐蝕、高質(zhì)量的管子材料，通常是金屬，包括鋁、銅合金、不銹鋼、碳鋼、非鐵銅合金、英科耐爾、鎳、哈氏合金和鈦。 全氟烷烴（PFA）和氟化乙烯丙烯（FEP）等含氟聚合物因其對(duì)溫度的高耐受性也被用來(lái)生產(chǎn)管子材料。[4] 管子材料選擇不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致管子在外殼和管子兩側(cè)之間發(fā)生泄漏，造成流體交叉污染，并可能造成壓力損失。

       管殼式熱交換器的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)使其成為各種應(yīng)用的理想冷卻解決方案。Z常見(jiàn)的應(yīng)用之一是冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和液壓動(dòng)力組中的液壓油和油。如果材料選擇得當(dāng)，它們還可以用來(lái)冷卻或加熱其他介質(zhì)，如游泳池水或補(bǔ)給空氣。

       使用管殼式換熱器的一大優(yōu)勢(shì)是它們通常很容易維修，特別是有浮動(dòng)管束的型號(hào)（即管板沒(méi)有焊接在外殼上）。

外殼的圓柱形設(shè)計(jì)具有的抗壓性，允許所有范圍的壓力應(yīng)用

在管殼式熱交換器中，有可能出現(xiàn)管子破裂，高壓（HP）流體進(jìn)入并使熱交換器的低壓（LP）側(cè)過(guò)壓。管子破裂有可能破壞外殼的完整性，并釋放出可燃?xì)怏w或液體，從而給人們帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。交換器的外殼必須通過(guò)爆破片或溢流閥來(lái)防止過(guò)壓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)保護(hù)裝置的開(kāi)啟時(shí)間對(duì)交換器的保護(hù)至關(guān)重要。這種裝置直接安裝在交換器的外殼上，并排放到泄壓系統(tǒng)中。