卡套接頭熱流體由上部進(jìn)入

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　　管式換熱器的一種。套管式換熱器是用兩種尺寸不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接而成同心圓套管，外面的叫殼程，內(nèi)部的叫管程。兩種不同介質(zhì)可在殼程和管程內(nèi)逆向流動(dòng)(或同向)以達(dá)到換熱的效果。

　　套管式換熱器是目前石油化工生產(chǎn)上應(yīng)用廣的一種換熱器。它主要由殼體（包括內(nèi)殼和外殼）、U型肘管、填料函等組成。所需管材，可分別采用普通碳鋼、鑄鐵、銅、鈦、陶瓷玻璃等制作。管子一般被固定在支架上。兩種不同介質(zhì)可在管內(nèi)逆向流動(dòng)（或同向）以達(dá)到換熱的目的。在進(jìn)行逆向換熱時(shí)，熱流體由上部進(jìn)入，而冷流體由下部進(jìn)入，熱量通過(guò)內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。熱流體由進(jìn)入端到出口端流過(guò)的距離稱之為管程；流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的一端引入到另一端流出，通過(guò)這種方式傳熱的換熱器稱為殼程套管式換熱器[5]。由于套管式換熱器被廣泛的應(yīng)用在石油化工、制冷等工業(yè)部門(mén)，原本單一的傳熱方式和傳熱效率已經(jīng)不能滿足實(shí)際工作和生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)套管式換熱器提出了很多種改進(jìn)方案，以延長(zhǎng)套管式換熱器的使用壽命，加強(qiáng)其使用效率。

　　以同心套管中的內(nèi)管作為傳熱元件的換熱器。兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管，每一段套管稱為“一程“，程的內(nèi)管（傳熱管）借U形肘管，而外管用短管依次連接成排，固定于支架上（圖1中a）。熱量通過(guò)內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。通常，熱流體（A流體）由上部引入，而冷流體（B流體）則由下部引入。套管中外管的兩端與內(nèi)管用焊接或法蘭連接。內(nèi)管與U形肘管多用法蘭連接，便于傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長(zhǎng)度取4～7米。這種換熱器傳熱面積達(dá)18平方米，故適用于小容量換熱。當(dāng)內(nèi)外管壁溫差較大時(shí)，可在外管設(shè)置U形膨脹節(jié)（圖中b）或內(nèi)外管間采用填料函滑動(dòng)密封（圖1中c），以減小溫差應(yīng)力。管子可用鋼、鑄鐵、銅、鈦、陶瓷、玻璃等制成，若選材得當(dāng)，它可用于腐蝕性介質(zhì)的換熱。

　　這類(lèi)換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。 為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時(shí)，為安全起見(jiàn)，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過(guò)0.6MPa時(shí)由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔�，就�?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。

　　換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時(shí)可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個(gè)頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不變殼體約束，因而當(dāng)兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時(shí)，不會(huì)因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。

　　這類(lèi)換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。

　　U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。

　　這種換熱器具有若干突出的優(yōu)點(diǎn)，所以至今仍被廣泛用于石油化工等工業(yè)部門(mén)。

　�、俳Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱面積增減自如。因?yàn)樗蓸?biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組合而成，安裝時(shí)無(wú)需另外加工。

　　②傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同時(shí)還可以選取合適的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側(cè)流體的傳熱系數(shù)，因此它的傳熱效果好。液-液換熱時(shí)，傳熱系數(shù)為 870～1750W/（m

　　·℃）。這一點(diǎn)特別適合于高壓、小流量、低傳熱系數(shù)流體的換熱。套管式換熱器的缺點(diǎn)是占地面積大；單位傳熱面積金屬耗量多，約為管殼式換熱器的5倍；管接頭多，易泄漏；流阻大。

　　③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作適應(yīng)范圍大，傳熱面積增減方便，兩側(cè)流體均可提高流速，使傳熱面的兩側(cè)都可以有較高的傳熱系數(shù)，是單位傳熱面的金屬消耗量大，為增大傳熱面積、提高傳熱效果，可在內(nèi)管外壁加設(shè)各種形式的翅片，并在內(nèi)管中加設(shè)刮膜擾動(dòng)裝置，以適應(yīng)高粘度流體的換熱。

　�、谏a(chǎn)中，有較多材料選擇受限，由于套管式換熱器大多是內(nèi)管中不允許有焊接，因?yàn)楹附訒?huì)造成受熱膨脹開(kāi)裂，而套管式換熱器大多數(shù)為了節(jié)省空間選擇，彎制，盤(pán)制成蛇管形態(tài)，故有較多特殊的耐腐蝕材料無(wú)法正常生產(chǎn)。

　　③套管換熱器國(guó)內(nèi)還沒(méi)有形成統(tǒng)一的焊接標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)企業(yè)都是根據(jù)其他換熱產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)選擇焊接方式，所以，套管式換熱器的焊接處，出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題司空見(jiàn)慣，需要經(jīng)常注意檢查，保養(yǎng)。

　　套管式換熱器長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致設(shè)被水垢堵塞，將會(huì)使效率降低、能耗增加、壽命縮短。如果水垢不能被及時(shí)地清除，就會(huì)面臨設(shè)維修、停機(jī)或者報(bào)廢更換的危險(xiǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)傳統(tǒng)的清洗方式如機(jī)械方法（刮、刷）、高壓水、化學(xué)清洗(酸洗)等在對(duì)換熱器清洗時(shí)出現(xiàn)很多問(wèn)題：不能徹底清除水垢等沉積物，并對(duì)設(shè)造成腐蝕，殘留的酸對(duì)材質(zhì)產(chǎn)生二次腐蝕或垢下腐蝕，終導(dǎo)致更換設(shè)，此外，清洗廢液有毒，需要大量資金進(jìn)行廢水處理。企業(yè)可采用高效環(huán)保清洗劑避免上述情況，其具有高效、環(huán)保、安全、無(wú)腐蝕特點(diǎn)，不但清洗效果良好而且對(duì)設(shè)沒(méi)有腐蝕，能夠保證空壓機(jī)的長(zhǎng)期使用。

　　蘭州石油機(jī)械研究所主編. 換熱器 第2版 上. 北京：中國(guó)石化出版社, 2013.01.

　　王沛主編. 制藥原理與設(shè). ：科學(xué)技術(shù)出版社, 2014.03.
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