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在化工和石油化工廠中,傳熱既是較重要也是應用較多的過程。工廠運轉是否經濟常常取決于熱或冷的利用和回收的效率。供氣、供電和供冷等公用工程在生產過程中的應用,關鍵在于使熱的轉化和回收效率較高。
換熱器是在具有不同溫度的兩種和兩種以**體之間傳遞熱量的設備。在工業生產中,換熱器的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體,使流體溫度達到工藝流程規定的指標,以滿足過程工藝條件的需要。換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥,航空及其他許多工業部門廣泛使用的通用設備。在化工廠中,換熱器的投資約占總投資的10%~20%;在煉油廠中,該項的投資約占總投資的35%~40%。
換熱器的種類很多,有多種多樣的結構每種結構形式的換熱器都有其自身的結構特征及其相應的工作特性。在對換熱器的選型時,有諸多因素需要考慮,主要包括流體的性質、壓力、溫度、壓降及其可調范圍;對清洗、維修的要求;材料價格及制造成本;動力消耗費;現場安裝和檢修的方便程度;使用壽命和可靠性等。對于所選擇的換熱器,應盡量滿足以下要求:具有較高的傳熱效率,較低的壓力降;重量輕且能承受操作壓力;有可靠的使用壽命;產品質量高,操作安全可靠;所使用的材料與過程流體相容;設計計算方便,制造簡單,安裝容易,易于維護和維修。
在換熱器中,應用較多的是管殼式(列管式)換熱器,它是工業過程熱量傳遞中應用較廣泛的一種換熱器。雖然列管式換熱器在結構緊湊型、傳熱強度和單位傳熱面積的金屬消耗量方面無法與板式或板翅式等緊湊式換熱器相比,但列管式換熱器適用的操作溫度與壓力范圍較大,制造成本低,清洗方便,處理量大,工作可靠,長期以來,人們已在其設計和加工制造方面積累了許多的經驗。
本次課程設計是根據生產任務要求確定選用換熱器的傳熱面積,管子規格和排列方式,管程數和管殼數以及折流擋板,進而確定換熱器的其他尺寸或選擇換熱器的型號。
列管式換熱器類型的選擇
根據列管式換熱器的結構特點,常將其分為固定管板式、浮頭式、U形管式
填料函式、滑動管板式、雙管板式、薄管板式等類型。
2.1.1 固定管板式換熱器(代號G)
優點:結構簡單、緊湊、能承受較高的壓力,造價低,管程清洗方便,管子損壞時易于堵塞或換;
缺點:管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數相差較大時,殼體和管束中將產生較大的熱應力
這種換熱器適用于殼層介質清潔且不易結垢、并能進行清洗、管程與殼程兩側溫差不大或者溫差較大但殼層壓力不高的場合。
2.1.2 浮頭式換熱器(代號P)
優點:管內和管間易于清洗,不會產生熱應力;
缺點:結構復雜,造價比固定管板式換熱器高,設備笨重,材耗量大,且浮頭端小蓋在操作中無法檢查,制造時對密封要求高。
這種換熱器適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質易結垢的場合。
2.1.3 U形管換熱器(代號Y)
優點:只有一塊管板,管束由多根U形管束組成,管的兩端固定在同一塊管板上,管子可以自由伸縮。當殼體與U形換熱器有溫差時,不會產生熱應力。
缺點:由于受到管曲率半徑的限制,其換熱管排布較少,管束較內層管間距較大,管板的利用率較低,殼程流體易形成短路,對傳熱不利。當管子泄漏損壞時,只有管束外圍處的U形管才便于換,內層換熱管壞了不能換,只能堵死,而且損壞一根U形管相當于壞兩根管,報廢率較高。
適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質易結垢需要清洗、又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內走清潔而不易結垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。