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列管式换热器结构详解

 HUATAI 2025-09-02 

列管式换热器是一种广泛应用于化工、石油、医药、食品等工业领域的热交换设备。它的基本结构包括壳体、管束、管板、封头(又称端盖)以及用于支撑管束并引导流体流动的折流板等部件。
列管式换热器具有结构坚固、操作弹性大、适应性广、易于清洗和检修等特点。博特含盐废水蒸发器或生产用盐溶液蒸发器常采用不锈钢或钛材质列管式换热器(或管壳式换热器),属于间壁式换热器,用于加热称作加热器,用于冷却称作冷凝器。
列管式换热器根据其结构特点主要可以分为固定管板式换热器、浮头式换热器、 U型管式换热器、填料函式换热器及釜式换热器等,详情见相关文章。
为改善换热器的传热,工程上常用多程换热器。若流体在管束内来回流过多次,则称为多管程,一般除单管程外,管程数为偶数,有2、4、6,8程等,但随着管程数的增加,流动阻力迅速增大,因此管程数不宜过多,一般为2.4管程。在壳体内,也可在与管束轴线平行方向设置纵向隔板使壳程分为多程,但是由于制造、安装及维修上的困难,工程上较少使用,通常采用折流挡板,以改善壳程传热。
一、管程结构
1.1封头和管箱
封头和管箱是换热器的主要部件,位于壳体两端,其作用是控制及分配管程流体。如管内流体有腐蚀性,封头或管箱所用的材料应与管子和管板相匹配。当壳体直径较小时,常采用封头,但当检查或清洗管子时,必须卸下封头。壳径较大的换热器,大多采用管箱,管箱具有一个可卸盖板,因此在检查或清洗管子时,无需卸下管箱,管箱上的接管可不受干扰,管箱维修方便,但价格较高。
1.2管子排列
管子排列如图所示,有正三角形,正四边形和同心圆三种基本形式。传热管的排列应使其在整个换热器圆截面上均匀而紧凑地分布,在管板上尽量排满,这不仅可以获得最大的传热面积,而且可以减少管束周围流体走短路的现象,同时还要考虑流体性质、管箱结构及加工制造等方面的问题。
一般来说正三角形排列最紧凑,而且管外表面传热系数较大,但管外机械清洗较难,流动阻力也较大,正方形排列在相同的管板面积上可排管子最少,但管外易于机械清洗,所以管外壁面需用机械法清洗时,应采用正方形排列。同心圆排列方式的优点在于靠近壳体的地方、管子分布较为均匀,在壳体直径较小的换热器中可排的传热管数比正三角形排列还多。
对于多管程换热器,常采用组合排列方法。每一程内都采用正三角形排列,而在各程之间为了便于安装隔板,采用矩形排列方法。
1.3管子与管板的连接  管子和管板的连接是管壳式换热器制造中最主要的问题。连接方法有胀接和焊接。
由于胀接是靠管子的变形来达到密封和压紧的一种机械连接方法,当温度升高时,材料的刚性下降,热膨胀应力也增大,可能引起接头脱落或松动,发生泄漏。因此在高温下,不宜用胀接。近年来焊接法所占的比重日益增加,一般认为,焊接比胀接更能保证严密性。对于碳钢或低合金钢,温度在300℃以上,大都采用焊接连接。对于高温高压管子,目前广泛采用焊接加胀接。这种方法能够提高接头的抗疲劳性能,并且能消除应力腐蚀和间隙腐蚀,从而延长接头的使用寿命。
1.4管束的分程   换热器如果采用多管程,则需要在管箱中安装分程隔板。分程时应使各程管子数目大致相等,隔板形式要简单,密封长度要短。为制造、维修和操作方便,一般采用偶数管程。管束分程方法常采用平行和T形方式。
二、壳程结构
2.1折流挡板  列管式换热器的壳程流体流通面积比管程流体流通截面积大,为增加壳程流体的流速,增加湍动程度,提高传热系数,需设置折流挡板。折流挡板有纵向折流挡板和横向折流挡板两种。单壳程换热器只需设置横向折流挡板,多壳程换热器不但需要横向折流挡板,而且需要设置纵向折流挡板将换热器分成多程结构。设置纵向折流挡板的目的不仅在于提高壳程流体的流速,而且是为了实现多壳程结构,提高平均温差。但由于制造、安装及维修上的困难,故很少采用。
横向折流挡板同时还可起到支撑管束、防止产生振动的作用。常用折流挡板型式有弓形,环形等。
弓形折流挡板结构简单,性能优良,在实际中最为常用,常用的缺口,小为20%~25%。对于低压气体系统,为了尽量减小压降,缺口大小常达40%~45%、大多换热器采用水平缺口的折流挡板,但它不适用于水平放置的冷凝器,因为不利于凝液的排放;也不适用于较脏的流体,因为脏物可能沉积在折流挡板之间,这时应采用垂直缺口。
2.2防冲挡板 在壳程进口接管处常装有防冲挡板,以防止进口流体直接撞击管束上部的传热管,产生冲蚀,引起振动。
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