換熱器在化工、石油、電力、食品及其他許多工業(yè)生產中均有應用,其在石化廠設備投資中可占到40%左右的比例,是非常關鍵的化工設備。同時,熱能的合理利用對于降低產品成本、環(huán)境保護以及節(jié)能減排有著重要的意義。
換熱器是化工人的常用設備,但是作為資深化工人你真的懂換熱器嗎?
什么叫換熱器?
換熱器是實現(xiàn)將熱能從一種流體傳至另一種流體的設備。在最簡單的換熱器中,熱流體和冷流體直接混合在一起;比較常見的換熱器是熱、冷兩種流體在換熱器中被隔板分開,由于兩側熱流體和冷流體的溫度差,會形成熱交換,即初中物理的熱平衡,高溫物體的熱量總是向低溫物體傳遞,這樣就把熱側熱量交換給了冷側,有時我們又稱換熱器為熱交換器。
一張圖看懂換熱器的分類:
按傳熱方式可分為:間壁式換熱器、蓄熱式換熱器、混合式換熱器。
按用途可分為:加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器等。
按結構可分為:管殼式換熱器、板式換熱器。我們在化工最常談到的就是按照結構分類的這兩種設備。
在工業(yè)應用中板式換熱器和管殼式換熱器有什么區(qū)別呢?相信很多化工人也經常會碰到同樣的問題,下面我們就針對這兩種換熱器為大家詳細解讀:
1、管殼式換熱器:管殼式(又稱列管式)換熱器是最典型的間壁式換熱器,它在工業(yè)上的應用有著悠久的歷史,在現(xiàn)如今的化工廠仍然應用廣泛。
管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內部裝有平行管束,管束兩端固定于管板上。
在管殼式換熱器內進行換熱的兩種流體,一種在管內流動,其行程成為管程;一種在管外流動,其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。
為提高管外流體給熱系數(shù),通常在殼體內安裝一定數(shù)量的橫向折流擋板。
折流擋板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束,使湍流程度大為增加。常用的擋板有圓缺形和圓盤形兩種(如下圖所示)。
流體在管內沒通過管束一次成為一個管程,每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內流體的速度,可在兩端封頭內設置適當隔板,將全部管子平均分隔成若干組,這樣流體可每次只通過部分管子而往返管束多次,稱為多管程。同樣,為提高管外流速,可在殼體內安裝縱向擋板使流體多次通過殼體空間,稱多殼程。
在管殼式換熱器內,由于管內外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大,換熱器內部將出現(xiàn)很大的熱應力,可能使管子彎曲、斷裂或從管板上松脫。
因此,當管束和殼體溫度差超過50℃時,應采取適當?shù)臏夭钛a償措施,消除或減小熱應力。
2、板式換熱器:板式換熱器最初用于食品工業(yè),20世紀50年代逐漸推廣到化工等其他工業(yè),是一種高效緊湊的換熱設備。
常規(guī)的板式換熱器是由一組長方形的薄金屬傳熱板片構成,用框架將板片夾緊組裝于支架上。
兩個相鄰板片的邊緣以墊片壓緊,板片四角有圓孔,形成流體的通道。
另外,在不同的化工工藝應用中,還有全焊板式換熱器、螺旋板式換熱器、板殼式換熱器等。
全焊接板式
螺旋板式
板殼式
山東旺泰科技具有完整的全焊接板式換熱器產品體系,包括四面可拆板式換熱器、圓板殼換熱器、半圓殼換熱器、空氣預熱器、漿液換熱器、GGH換熱器等;我公司產品擁有可替代傳統(tǒng)管式和膠條式密封板式傳熱的全焊接板式換熱技術,適合于高溫高壓工況,同時可滿足用戶不同的工況條件,并根據(jù)用戶差異化需求研發(fā)生產定制產品。
板式換熱器VS管殼式換熱器10大優(yōu)勢:
1、傳熱效率高:由于不同的波紋板相互倒置,構成復雜的流道使流體在波紋板間流道內呈旋轉三維流動,能在較低的雷諾數(shù)(一般Re=50~200)下產生素流,所以傳熱系數(shù)高,一般認為是管殼式的3~5倍。
2、對數(shù)平均溫差大,末端溫差?。涸诠軞な綋Q熱器中,兩種流體分別在管程和殼程內流動,總體上是錯流流動,對數(shù)平均溫差修正系數(shù)小,而板式換熱器多是并流或逆流流動方式其修正系數(shù)也通堂在0.95左右此小熱流體在板式換熱器內的流動平行于換熱面、無旁流,因此使得板式換熱器的末端溫差小,對水換熱可低于1°C,而管殼式換熱器一般為5°C。
3、占地面積?。喊迨綋Q熱器結構緊湊,單位體積內的換熱面積為管殼式的2~5倍,也不像管殼式那樣要預留抽出管束的檢修場所,因此實現(xiàn)同樣的換熱量,板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/5-1/8。
4、容易改變換熱面積或流程組合:只要增加或減少幾張板,即可達到增加或減少換熱面積的目的;改變板片排列或更換幾張板片即可達到所要求的流程組合,適應新的換熱工況,而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。
5、重量輕:板式換熱器的板片厚度僅為0.4~1.2mm,而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.0~2.5mm,管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多,板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。
6、價格低,易定制:采用相同材料,在相同換熱面積下,板式換熱器價格比管殼式約低40%~60%。 板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工,標準化程度高,并可大批生產,管殼式換熱器一般采用手工制作。
7、易清洗:框架式板式換熱器只要松動壓緊螺栓,即可松開板束,卸下板片進行機械清洗,這對需要經常清洗設備的換熱過程十分方便。甚至部分的全焊式換熱器由于其特殊的結構設備,也可以做到現(xiàn)場機械清洗。
8、熱損失?。喊迨綋Q熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中因此散熱損失可以忽略不計,也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大,需要隔熱層。
9、容量較?。菏枪軞な綋Q熱器的10%~20%??梢杂行p少持液量,這在某些工藝中能帶來很大的便利。
10、不易結垢:由于內部充分湍動,所以不易結垢,其結垢傾向僅為管殼式換熱器的1/3~1/10.k。
由此可見,在工業(yè)應用當中無論從成本還是使用過程來說,高效可靠的板式換熱器優(yōu)勢更為突出。
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