波纹管换热器总结

第一篇：波纹管换热器总结

波纹管换热器

1.波纹管的类型

波纹管是在普通换热管的基础上经特殊工艺加工而成的一种管内外都有凹凸波形，既能强化管内又能强化管外的双面强化传热管。从波形上分为螺旋形波纹和环形波纹二大类。由于螺旋型波纹管接头部位难处理从而使其使用受限，故现在广泛使用的是环形波纹管。其中环形波纹管分为波谷型波纹管、梯形波纹管、缩放管、波节管等几大类。

2.波纹管强化传热的原理

波纹管管内流体沿流动方向的流动是在反复改变速度及压力梯度下进行的，呈波峰处流体速度低、静压增大，波谷处流体速度增加、静压减小的状态，在波纹管的波峰进口处发生喷射效应，出口发生节流效应，两效应的结果使壁面内侧发生无数小旋涡，加强了流体的湍流程度，使管子的全部内表面都受流体的冲刷，既破坏了边界层，还冲刷了污垢层，从而不易结垢。由于其截面的周期性变化，管内外流体总是处于规律性的扰动状态，即使流体在很低的流速下，管内外便会形成比较强烈的扰动，即波纹管在强化管程传热的同时也能强化壳程传热。在低雷诺数下，波节管的换热与阻力性能比明显好于光管;在高雷诺数下，波节管与光管的换热与阻力性能比非常接近。3.波纹管换热器与普通换热管的区别 3.1传热效率

波纹管由于存在波峰与波谷设计，使流体流动时由于管内外截面连续不断地突变形成强烈湍流，即使在流速很小的情况下，流体在管内外均可形成强烈扰动，大大提高了换热管的传热系数。3.2换热面积

与光管比较，波纹管的凹凸结构增加了冷热流体的接触面积，相同换热能力下，能够缩短换热管长度。3.3结垢性能

流体流经波纹管的变截面后，产生小漩涡，不断冲刷边界层，在较低流速下形成湍流状态，污垢不易聚集，阻碍了污垢层的形成。4.波纹管换热器的热力计算方法 详见波纹管换热器计算书 5.波纹管换热器结构 详见图纸

第二篇：金属波纹管介绍

金属波纹管介绍

一、特种波纹管

是以开发研制液氢/液氧火箭发动机用金属波纹管、液氧/煤油火箭发动机、舰船用波纹管等军工技术为主而开发的产品。产品特点是：耐压高、耐高低温、耐腐蚀、性能稳定。我们通过各项技术和工艺的创新，研制出性能优异的高压金属波纹管，不仅满足了火箭发动机和核潜艇的需要，也为国内高压金属波纹管的发展做出了贡献。已为许多企业提供高压金属波纹管，这些波纹管随同各种阀门一起在生产现场使用，使用质量很好，满足了各行业对波纹管阀门的需要。

1、金属波纹管的设计

金属波纹管的设计是多参数设计，设计难度非常大。波纹管的几何参数为：内径、外径、壁厚、层数、波距、波厚、波纹数、有效长度和端部结构等。波纹管的性能参数为：位移、耐压力、刚度、寿命等。根据设计输入条件进行几何参数和材料的初步设计，然后应用EJMA等设计公式对性能参数进行设计、评估，如果设计不满足要求，需要对部分参数进行重新设计，直到满足设计要求为止，在多数情况下，为了进行一项具体设计，需要在若干相互矛盾的设计要求中选择一个合理的、优化的方案。优化设计的方向是保证压力、位移、温度的条件下，刚度尽可能小。应用新材料.新结构提高波纹管的耐压能力和工作位移。

设计手段先进：可根据用户需要，应用先进的理论设计计算公式对波纹管进行优化设计 规格全：内径Φ4mm～ Φ260mm

多波型：U型、S型等

耐压高：0.001～24MPa

多种材料：1Cr18Ni9Ti（321）0Cr18Ni10Ti0Cr18Ni9（304）00Cr17Ni14Mo2（316L）316Ti GH625（Inconil625）GH4169(Inconil718)GH202 Monel400等

2、波纹管的性能简介

波纹管的主要性能参数有刚度、位移、耐压力、有效面积。本样本仅就前四项提供了有关数据，下面就刚度、位移：耐压力、温度四项进行具体说明。

1）刚度

波纹管的刚度按载荷与位移性质不同可分：为轴向刚度、弯曲刚度、扭转刚度等。在目前应用中绝大部分是轴向刚度，因此主要介绍轴向刚度刚度K，它是反应波纹管敏感性的一个参数。刚度越大．敏感性越差，它与灵敏度δ互成倒数即K=1／δ另外，刚度K与波数n成反比，因此单波刚度与总刚度之间的关系可用下式表示：K总=K单／n，例题根据整机要求的条件，经计算确定波纹管的尺寸参数为：内径16mm，外径25mm，壁厚0．12mm，材料为1Crl8Ni9Ti，层数为1层，根据后面的单层金属波纹管系列表计算波数为10的该波纹管的总体刚度。解：根据题中所给条件查单层波纹管系列表得单波刚度为69．5 KN／ m，所以K总＝ 69．5／10＝6.95KN／m

2）位移

波纹管的位移有最大位移及允许位移两种。最大位移指波纹管在外压力作用下，压到波纹之间相互接触时所能产生的最大位移值；允许位移指在波纹不产生永久变形的情况下所能获得的最大位移值。一般来讲允许的压缩位移要比允许的拉伸位移大1．5倍左右。波纹管的位移W与波纹管的波数成正比，即单波允许位移乘以波数等于总允许位移。例题：条件同上例解：查单层波纹管系列表得单波允许位移0．42mm则Wmax＝10 X0．42=4．2mm

3）耐压力

耐压力是波纹管的一项重要指标。有受内压和外压两种形式，一般来讲，同一波纹管在其它条件相同时，受外压比受内压时的稳定性要好，所以受外压作用时的最大耐压力比受内压时高.4）工作温度

工作温度也是影响波纹管寿命的主要因素之一。本表所列波纹管工作温度适用于温度范围在一196℃～600℃之间。但即使在此范围，温度越趋近于两端其寿命也是要大打折扣的。因此若工作温度有更高要求，则必须更换新材料，否则将严重影响产品寿命。

3、波纹管制造工艺

纵缝焊接工艺：纵缝焊接焊缝达到Ⅰ、ⅠⅠ级焊缝标准要求，同时又能满足塑性成形的要求。多层管制造工艺：研究套管间隙和加力方式，设计专用工装夹具消除套管间隙。

4、成形模具的设计

波纹管的几何形状、尺寸和精度是由成形模具来保证的。我们根据金属变形规律、波纹管几何形状、尺寸、精度、成形力的大小和波纹管轴向弹性回弹等，设计成形模具。除设计因素之外，波纹管很大程度上依赖于制造工艺，先进的制造工艺是提高波纹管性能和质量的重要保证。

5、工艺过程设计

工艺设计是一项复杂的、多层次、多任务的设计过程，它涉及的面较广，影响着工艺决策的因素也很多，金属波纹管的试制涉及材料的精密塑性成形、热 处理、表面处理、焊接、切削等多种工艺。根据研制的需要，对上述各工艺做出合理的设计，设计出技术上先进可行的工艺

二、阀用波纹管

产品特点：

1、性能优良

波纹管采用多层结构，比单层结构降低刚度，增加有效位移，有利于缩短阀门长度。

2、设计规范

依据阀门设计手册有关标准中规定的最小阀杆直径、最小开启行程和波纹管受外压的组件焊接形式而设计的，波纹管组件结构合理、紧凑，有利于阀门的设计结构小型化。

3、通用性强

用户可根据需要，通过简单计算选取所需产品，适用于各类截止阀、闸阀安全阀、调节阀等。

2、主要技术规格

1、使用范围

产品适用于波纹管截止阀、波纹管闸阀、波纹管节流阀、波纹管调节阀等。

2、公称直径

DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN150、DN200、DN250。

3、公称压力

PN1.6、PN2.5、PN4.0、PN6.4、PN10.0、PN14.0。

波纹管设计受压形式外压，设计耐压为公称压力的1.5倍。

4、工作温度-196℃~300℃

5、行程：波纹管设计总位移（压缩）大于阀门开启最小行程。

6、寿命：在公称压力、行程下大干5000次。

7、材料： ICrl8Ni9Ti、OCrl8Ni9、OOCrl7Nil4Mo2。

3、产品选型

1）一般选型

由于本产品是跟据现行阀门设计手册有关压力等级、通径、行程和阀杆直径等规定要素而进行设计的，用户根据设计阀门压力等级、通经两个参数即可在产品规格表中选取标准的波纹管组件。

2）特殊选型

用户也可根据自己产品，由本产品规格中给定参数，通过简单计算，选取所需产品规格。根据阀杆直径选取波纹管d，一般波纹管内径d≥阀杆直径之 2～4mm，即可在表中选取相应压力等级下的波纹管内径和外径。

根据所需行程选取波纹管有效长度：L'

L'=(h/L)/h' L'--所需有效长mm； L--表中给定有效长mm；h--表中给定行程mm

h'--所需行程mm。选取所需刚度K'： k'=(k*n)/n' k'--所需刚度 N/mm；

K--表中给定刚度 N/mmn--表中给定波数；n'----所需波数。

3）本公司可根据用户要求设计产品规格表以外的波纹管、连接法兰及特殊结构阀用波纹管组件。

4、须知：

1、波纹管行程建议开启时压缩总位移的70％，关闭时拉伸总位移的30％；

2、波纹管应防扭转；

3、波绞管压缩应有限位；

4、波纹管装配时应避免划伤、碰伤

第三篇：换热器基本知识

一、换热器的结构型式有哪些？

换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。按结构型式分类如下：

换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。

管式换热器又分为：套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。

板式换热器又分为：夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。

新型材料换热器分为：石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换热器。

其他形式的换热器包括回转式换热器和热管。

二、换热器管为什么会结垢？如何除垢？

因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管表面，形成水垢。在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。

此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。

换热器管束除垢的方法主要有下列三种。

一、手工或机械方法

当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。

二、冲洗法

冲洗法有两种。第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。

第二种方法是高压水枪冲洗法。对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200ＭＰa自由调节。利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。高压水枪冲洗换热器效果较好。应用广泛。

三、化学除垢

换热器管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。

三、管壳式换热器管子与管板的连接方法有哪几种？如何选择？

根据换热器使用条件、加工条件的不同，基本可分为胀接、焊接、胀焊并用三大类。

其中胀接又可分为：机械胀管、液压胀管、液袋胀管、橡胶胀管、爆炸胀管、脉冲胀管、粘胀等。

焊接分为：普通焊接、内孔焊接、高频焊接、摩擦焊接、钎焊和爆炸焊接。

胀焊并用分为：强度焊+贴胀、强度焊+强度胀、强度胀+密封焊、强度胀+贴胀+密封焊、强度焊+强度胀+贴胀。

换热器进行水压试验和气密试验的基本原则如下：

（1）液压试验时，圆筒的薄膜应力不得超过试验温度下材料屈服点的90%；在气压试验时，此应力不得超过试验温度下材料屈服点的80%；

（2）制造完工的换热器应按GB150“钢制焊接压力容器技术标准”的规定进行压力试验；

（3）换热器需经水压试验合格后方可进行气密性试验；

（4）压力试验必须用两个量程相同的并经过校正的压力表。压力表的量程在试验的2倍左右为宜，但不应低于1.5倍和高于4倍的试验压力；

（5）换热器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.4~0.5Mpa的压缩空气检查焊缝质量；

（6）水压试验和气密性试验的试验介质、试验温度、试验方法要严格按照容器压力试验的有关规定进行；

（7）换热压力容器液压试验程序应按GB151规定进行；

（8）水压试验和空密性试验在确认无泄漏后，应保压30min。

四、换热器泄漏后如何进行试漏检查？怎样进行堵管？

一、试漏检查

为了查明管子的泄漏情况，首先要作水压试验，一般均采用在管子外侧加压力的外压试验。其方法是：把水通入壳体，保持一定时间，用目测检查两端管板处管子的泄漏情况，对漏管做出记录。

二、堵管

管子本身的泄漏一般情况下是无法修复的，假如泄漏管子的数量不多时，可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞，如管程压力较高时，堵紧后再焊住更可靠。堵头的长度一般为管内径的2倍，小端直径应等于0.85倍的内径，锥度为1:10，堵头材料的硬度应低于或等于管子的硬度。用堵管来消除泄漏时堵管数不得超过10%。

五、换热器腐蚀的主要部位是哪些？为什么会发生腐蚀？

换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。腐蚀原因如下：

一、换热管腐蚀

由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40~50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。

二、管子与管板、折流板连接处的腐蚀

换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在胀管部位出现裂纹，当管与管板存在间隙时，易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀使它成为SCC的裂源。管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。

三、壳体腐蚀

由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束用折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。

管壳式换热器的检修内容是：

一、小修内容

1）拆卸换热器两端封头或管箱；

2）清洗、清扫管子内表面和壳体异物。并检查换热器两端盖、管箱的腐蚀、锈蚀、裂纹、砂眼等缺陷；

3）对管束和壳体进行试压和试漏；

4）检查螺栓及保温、防腐；

5）进行局部测厚。

二、中修内容

1）包括小修内容；

2）抽出管束清理、清扫、清洗，并检查换热管的变形和弯曲情况；

3）检查隔板和折流板及拉杆螺栓的腐蚀情况；

4）检查换热器各密封面情况，表面不应有划痕、凹坑和点蚀。

三、大修内容

1）包括中、小修内容；

2）全面检查换热器的运行情况，并对管板与管子焊接处进行着色检验。管壳式换热器日常维护的内容

管壳式换热器日常维护和监测应观察和调整好以下循环水的工艺指标。

一、温度

温度是换热器运行中的主要控制指标，从换热器进出口流体温度变化的情况可分析换热器的换热效果，判断换热器传热效率的高低，主要在传热系数上，传热系数低其效率也低，由进出口的温度可决定对换热器进行检查和清洗。

二、压力

换热器列管若干结垢严重，则阻力增大，所以日常要对换热器的进出口压差进行测定和检验，特别对高压流体的换热器更要特别重视，如果列管泄露，高压流体一定向低压侧泄漏，造成低压侧压力上升较快，甚至超压。所以必须解体检修或堵管。

三、振动

换热器内部的流体流速一般较高，由于流体的脉冲和流动都会造成换热管的振动，或者整个设备振动，但最危险的是工艺开车过程中，提压或加负荷较快，很容易引起换热管振动，特别是在隔板处，管子振动的频率较高，容易把管切断，造成断管泄漏，遇到这种情况必须停机解体检查，检修换热器。

固定管板式换热器有哪几部分组成？结构特点是什么？浮头式换热器的浮头有几种形式？

固定管板式换热器主要由外壳、封头、管板、管束折流板或支撑板等部件组成。

其结构特点是：在壳体中设置有平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳体的进出管直接焊接在壳体上，装有进口或出口管的封头管箱用螺栓与外壳两管板紧固。管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器，管程可以用隔板分成任何程数。

浮头换热器的浮头常用的有两种形式。第一种是靠夹钳形半环和若干个压紧螺钉使浮头盖和活动管板密封结合起来，保证管内和管间互不渗漏。第二种是使浮头盖法兰直接和勾圈法兰用螺栓紧固，使浮头盖法兰和活动管板密封贴合，虽然减少了管束的有效传热面积，但密封性可靠，整体也较紧凑。

板式换热器的工作原理是什么？有何特点？

板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。

其特点：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150ºC，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗。

六、板式换热器有哪几部分组成？有什么作用？

板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、固定封头、活动封头（头盖）、夹紧螺栓、支架、进出管等组成。

各部件作用如下：

一、传热板片

传热板片是换热器主要起换热作用的元件，一般波纹做成人字形，按照流体介质的不同，传热板片的材质也不一样，大多采用不锈钢和钛材制作而成。

二、密封垫片

板式换热器的密封垫片主要是在换热板片之间起密封作用。板式换热器的泄漏多是因为密封垫片压错位或者老化引起的。

三、两端压板

两端压板主要是夹紧压住所有的传热板片，保证流体介质不泄漏。

四、夹紧螺栓

夹紧螺栓主要是起紧固封头和换热板片的作用。夹紧螺栓一般是通扣螺纹，预紧螺栓时，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均匀。

五、挂架

主要是支承换热板片，使其拆卸、清洗、组装等方便。

板式换热器中、大修的内容有哪些？

板式换热器中修的内容是：

（1）拆除进出管清洗杂物；

（2）检查进出管的橡胶内衬，不应有裂纹和破坏；

（3）检查测量螺栓预紧力和板片总体尺寸。

板式换热器大修的内容是：

（1）包括中修内容；

（2）如换热器结垢，应解体清洗，或者另行配管在线化学清洗；

（3）用放大镜检查密封垫片的弹性和压缩变形情况，必要时可以更换；

（4）检查传热板片变形情况；

（5）检查传热板片有无腐蚀、穿孔等缺陷；

（6）重新组装，压紧螺栓；

（7）试压；

（8）复位。

板式换热器的拆装程序如下：

（1）板式换热器拆卸前，首先测量板束的压紧长度尺寸，做好记录（重装时应按此尺寸）；

（2）拆下夹紧螺栓和全部换热片；

（3）取下各板片上的密封垫片，为防止用螺丝刀刺破板片，可采取液氮急冷法，使橡胶板条急冷变形，然后撕下；

（4）清理密封槽内的残余粘结剂，清洗板片上的污垢；

（5）用灯光或渗透法检查传热板片有无裂纹或穿孔。检查板片上是否有凹坑或变形；

（6）修复或更换损坏的板片；

（7）重新组装。组装前首先用丙酮清洗密封槽，并用401号粘结剂，水平位置粘好密封条；

（8）粘好密封条的板片，每50片一组，用20~30mm的钢板压紧，在周围环境温度为30~35ºC的范围内固化24h，可以挂片；

（9）挂片完毕，轻挂两端压盖，并穿固定螺栓；

（10）用力矩扳手均匀地拧紧螺栓；

（11）测量组装压紧后板片的总长度；

（12）装进出口内衬套；

（13）整体试压。首先将板片一侧的流体通道的入口管盲死，装满水，然后在板片另一侧的工作介质通道出口管上加一带放气短管的盲板，在试压侧装上压力表。充满水后用手压泵加压，为操作压力的1.5倍，并保持30min，压力无下降即可连接外管。

板式换热器泄漏主要由以下原因造成：

（1）换热板片腐蚀穿透；

（2）换热板片有裂纹；

（3）夹紧螺栓紧固不均匀；

（4）换热板片变形太大；

（5）密封垫片断裂或老化；

（6）密封垫片厚度不均；

（7）密封垫片压偏。

板式换热器与列管式换热器比较有什么优点？

（1）体积小，占地面积少。板式换热器占地面积为同样换热能力的列管式换热器的30%左右。

（2）传热效率高。传热系数可达16700KJ/（m2*h*ºC）[4000kcal/(m2*h*ºC)],较之列管换热器高2~4倍。

（3）组装方便。当增加换热泪盈眶面积时，只需多装板片，进出口方位不需变动。

（4）金属消耗量低；

（5）拆卸、清洗、检修方便，不易结垢。

第四篇：换热器论文

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材料工程基础论文

管壳式换热器论文

摘要;本文主要介绍管壳式换热器。并分析其特点。关键词：管壳式换热器、传热管束、管板、折流板

正文：管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。管壳式换热器

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。

类型：由于管内外流体的温度不同，因此换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50 ℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所

09无机非（1）

材料工程基础论文

采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

① 固定管板式换热器 管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

② 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

③ U型管换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

非金属材料换热器 化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用

09无机非（1）

材料工程基础论文

陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。

流道的选择

进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。

操作强化

当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。

管壳式换热器-shell and tube heat exchanger 由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。

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为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m2〃℃)〕;用水冷却气体时，为10～280W/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000W/(m2〃℃)。

分类

管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前 3种应用比较普遍。

固定管板式换热器

它是管壳式换热器的基本结构形式。管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上。在操作状态下由于管子与壳体的壁温不同，二者的热变形量也不同，从而在管子、壳体和管板中产生温差应力。这一点在分析管板强度和管子与管板连接的可靠性时必须予以考虑。为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器一般只在适当的温差应力范围、壳程压力不高的场合下

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采用。固定管板式换热器的结构简单、制造成本低，但参与换热的两流体的温差受一定限制；管间用机械方法清洗有困难，须采用化学方法清洗，因此要求壳程流体不易结垢。

浮头式换热器

浮头式换热器的结构为管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓连接，形成可在壳体内自由移动的浮头。由于壳体和管束间没有相互约束，即使两流体温差再大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。浮头式换热器适用于温度波动和温差大的场合；管束可从壳体内抽出用机械方法清洗管间或更换管束。但与固定管板式换热器相比，它的结构复杂、造价高。

U型管式换热器 一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束。管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。管束的U形端不加固定，可自由伸缩，故它适用于两流体温差较大的场合；又因其构造较浮头式换热器简单，只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少，造价较低，也适用于高压流体的换热。但管子有U形部分，管内清洗较直管困难，因此要求管程流体清洁，不易结垢。管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。相同直径的壳体内，U形管的排列数目较直管少，相应的传热面积也较小。

双重管式换热器

将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器。管程流体从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底

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部，然后返向，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热。但管程流体的阻力较大，设备造价较高。

填函式换热器

填函式换热器的结构，管束一端与壳体之间用填料密封。管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低；但填料处容易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不宜过大。

双管板换热器管子两端分别连接在两块管板上，两块管板之间留有一定的空间，并装设开孔接管。当管子与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管引出，因此可保证壳程流体和管程流体不致相互串漏和污染。双管板换热器主要用于严格要求参与换热的两流体不互相串漏的场合，但造价比固定管板式换热器高。

特点

这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流

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动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

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参考文献：1.http://www.xiexiebang.com/100k/read.php?tid=3280 3.江南 易宏 甑亮 岑汉钊.管壳式换热器壳程强化传热 研究进展.化肥工业 1998 25 6 : 27 321

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第五篇：浅论换热器及其发展趋势

浅论换热器及其发展趋势

摘要:换热器是工业部门广泛使用的一种设备。为了适应所需，换热器的类型多而复杂，本文根据作用原理和传热方式主要分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器进行了简要介绍。间壁式换热器仍是应用最广泛的一类换热器，因此以其一列管式换热器为例概括了换热管的现状和相应的换热器的发展进展。

关键词：换热器；换热管；现状；发展

一、换热器介绍

换热器是一种使热量从热流体传递到冷流体的设备，它在许多工业部门被广泛使用，包括化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械等等。其主要功能有两点，一是使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要；二是有效的回收利用预热、废热，特别是低位热能。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用相当广泛，自然的，其类型也相当多，若按照作用原理和传热方式则分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器。

1.1 直接接触式换热器

直接接触式换热器又称混合式换热器，是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等，具体应用有冷却塔、气压冷凝器、气体洗涤器等。

采用这种换热器，热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多；其结构能适应所规定的工艺操作，运转安全可靠，密封性

好，清洗、检修方便，流体阻力小。同时价

格便宜，维护容易，可使用时间长。但明显的缺点就是应用范围小，仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。

1.2蓄热式换热器

图1-1直接接触式换热器 热式换热器与回热式换热器相对应，是一种应用历蓄史比较久远的换热装置，回热式换热器中两种流体的换热是通过各个位置的固定边界进行的，在稳定运行时换热器的内的温度只与位置有关，而在蓄热式换热器热量的传递都是动态

［］的，同时依赖于位置和时间。1在蓄热式换热器中，冷、热流体交替地流过同一固体传热面及其所形成的通道，依靠构成传热面的物体的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体之问的热交换。蓄热式换热器有受热面回转式和风罩回转式两种：前者是由转子转动使烟气和空气交替冲刷蓄热元件；后者是由风罩转 使烟气和空气交替冲刷蓄热元件。该换热器适用于流量大的气一气热交换场合，如动力、硅酸盐及石油化工等工业 中的余热利用和废热回［］收等方面。2

蓄热式换热器的优点也很明显，首先是结构紧凑，其次它是由由固体填充物构成的蓄热体作为传热面的，交替地通过同一通道利用蓄热体来吸热和放热，其单位面积传热面大，适用于气-气热交换，如回转式空气预热器。但局限在于不允许两种流体混合。

图1-3 燃烧室

图1-2 蓄热式换热器

1.3 间壁式换热器

间壁式换热器又称为表面式换热器，利用间壁（固体壁面）进行热交换。是应用最广泛的一类换热器，形式也多种多样，如板式换热器、板翅式换热器、列管换热器三类。相比而言，板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便，使用寿命长等特点；板翅式换热器制造工艺要求更为严格，且容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修困难，但其传热性能特别好；列管式换热器又称管壳式换热器，是工业上应用最广泛的换热设备，又分为固定管板式换热器、U形管式换热器、浮头式换热器。管壳 式换热器由一个壳体 和包 含许多 管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。它适应于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。通常管壳式换热器的工作压力可达 4兆帕，工作作温度在 200 ℃ 以下。在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800 ram 以下，管子长度在9m以下，在个别情况下也有更大或更长的。其优于其他两种的特点是结构坚固、可选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大。因此，在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。

图1-4 管壳式换热器

间壁式换热器应用广泛，工作坏境多变 且较为恶劣，例如部分间壁式换热器操作压强高达2*105Kpa，温度-250到1500 ℃的范围内变化，某些流体的腐蚀性又特别严重等。每种类型的换热器都有优缺点，选择换热器类型时，要考虑的因素很多，例如材料，压强，温度，温度差，压强降，结垢腐蚀情况，流动状态，传热效果，检修和操作等。对同一种换热器而言，某种情况下使用是好的，而在另外的情况下却不能够令人满意，甚至根本不能用。因此在实际应用中，工作人员需对各种间壁式换热器的优缺点和操作方式了然于胸，最大发［3］挥其优势。

1.4 中间载热体式换热器

中间载热体式换热器是将两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接，载热体在高温流体换热器和低温流体换热器间循环，从高温流体换热器中吸收热量，向低温流体换热器中释放热量给低温流体。

图1-5

热管换热器

二、换热器的发展

换热器在国民经济和化工生产领域中对产品质量、能量利用率以及系统经济性、可靠性起着举足轻重的作用。近年来，能源与材料费用的不断增长极大地推动了对高效节能换： 热器的研究，作为一种节能设备，换热器不仅是保证加工过程正常运转不可缺少的设备，而且就金属消耗、动力消耗和投资来说，其在整个工程中所占有比例很大。据统计，换热器的投资约占全部设备投资的40%。因此开发新型高效和结构紧凑的换热器是目前换热器研究的一个重要方向。其内部强化传热主要有两种途径：增大传热面积，但换热器的传热面积不可能无限制地增大，否则投资费用会大大增加，并且随着工业化的进展，设备要紧凑化：提高传热系数，主要从管程和壳程传热强化系数的提高方面上考虑。

2.1 常见换热管的研究现状

2.1.1 螺旋槽管

螺旋槽管是种管壁上具有外凸和内凸的异形管，管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数，起到双边强化的作用。根据在光管表面加螺旋槽的类型，螺旋槽管有单头和多头之分，其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。，研究还表明单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。目前，无论足从传热、流阻、结垢性能，还是从无相变对流换热和有相变凝结换热，对螺旋槽管的强化传热研究从理论到实际已达到较高水平。

2.1.2 横纹管

横纹管是一种普通圆管作毛胚，在管外壁经简单滚轧出与轴线垂直的凹槽，同时在管内形成一圈突起的环肋。其强化机理为：当管内流体经横向环肋时，管壁附近形成轴向漩涡，增加了边界层的扰动，有利于热量通过边界层的传递。当涡流即将消失时，流体又流经下一个横肋，不断产生轴向涡流，因而保持连续且稳定的强化作用。2.1.3 管内插入物

管内插入物的类型有很多，主要有：麻花铁、螺旋线圈、螺旋带、螺旋片、扭带和静态混合器等。各种插入物的强化传热机理一般可分为四种：形成旋转流；破坏边界层；中心流体与管壁流体产牛置换作用；产生二次流。管内插入物的优点是对旧的换热器设备进行改造，以提高其换热性能。在强化传热的同时，能达到清除污垢的目的。2.1.4 内翅片管

内翅片管是采用特殊的焊接工艺和设备加工而成，流体在管内的换热过程为单相强制对流换热。其丰要特点是通过在传热管管内扩大传热面积、强化管内传热的途径来提高换热器的传热性能。八十年代初，日立电缆有限公司研究表明，采用左右错式的螺旋内翅片管强

［4］化单相流体的传热可使管内给热系数提高到光管的2.8倍左右。2.1.5 波纹管

波纹管是将光管加工成波纹形状的翘片，其强化传热机理是：通过改变断面使弧形段内壁处发生两次反向扰动，增加对管内流体的扰动，扩大低热阻区域，以提高传热系数，增强传热效果。具有不易结垢，单位容积传热面积大，耐腐蚀性强，温差应力小等优点。2.1.6 缩放管

缩放管是由依次交替的收缩段和扩张段组成的波形管道，其强化传热的机理是：在扩张段流体速度降低，静压增大；在收缩段流体速度增加，静压减小；流体在方向反复改变的轴向压力梯度下流动。扩张段产生的漩涡在收缩段被有效地利用，冲刷了流体边界层，便边界层减落实现了强化传热。

2.2 换热器发展及进展

长期以来，列管式换热器面临着各种新型换热器的挑战，且某些场合已被一些新型换热器所取代，但是由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于统治地位。例如在日本其产量占全部换热器的70%，产值占60%。由于受到挑战，反过来也促进了它自身的发展。

［5］例如在高温、高压领域，已有用它取代蛇管、套骨式换热器的趋势。目前，对高效列管式换热器的研究主要集中在强化管程和壳程两方面，根据以上换热管研究现状针对管程有如下改进。

2.2.1 螺纹管换热器

螺纹管是一种优良的高效异形强化传热管件，其结构如图2-1所示，由光滑管在车床上轧制而成，分单头和多头，其强化机理是：产生的边界层分离流使传热边界破坏。目前从传热、流阻、阻垢性能、无相变对流换热、有相变凝结换热等方面对螺纹管的强化传热研究从理论到实际都达到了较高水平。

图2-1

螺纹管

2.2.2 横纹管换热器

横纹管主要用来强化管内单相流体的传热，在相同流速下，横纹管比单头螺旋槽管比较，流体阻力稍大但压降较小，传热性能好。我国华南理工大学、沈阳化工学院和辽宁冷热设备制造公司等单位对横纹管进行了研究和应用。如图2-2。

图2-2 横纹管

2.2.3 菱形翅片管换热器

菱形翅片管与螺纹管相比，翘片距更密，传热面积更大，当流体流经菱形翅片表面时，传热边界层在非连续翅片上因受到周期性破坏而减薄，从而提高了冷凝传热系数，是光滑管的6倍。

2.2.4 波纹管换热器

波纹管是近10年出现的强化换热管，其结构如图2-3所示，我国第一台波纹管换热器由沈阳市广厦热力设备公司于 20世纪90年代初研制成功。

图2-3 波纹管

2.2.5 缩放管换热器

其结构如图2-4所示。华南理工大学研究认为，缩放管可强化管内外单相流体的传热，45在同等流阻损失下，Re=10-10 范围内，传热管比光管增加70%。缩放管换热器已在空气

［6］预热器、油冷却器、冷凝器、废热锅炉中广泛使用。

三、结论

图2-4

缩放管

换热器在近百年来在国民经济的很多领域起着越来越重要的作用，能源与材料费用的不断增长也极大地推动了对高效节能的换热器的研究。而今，换热器的类型已经很多，但缺陷却是大多数换热器所共有的，其内部强化传热途径也相似。对于未来的发展，需要包括以下几个方面：一是器械紧凑化；二是换热高效化——减少热量的散失；三是节能减排；四是理论系统化；五是技术模型化。

换热器有着极其广泛的应用，在发展上虽然有瓶颈但仍然有很大的需要。

参考文献

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