全焊接板壳式换热器在传热中的应用
2004年8月船 舶August,2004
第4期SHIP&BOATNO.4
[船舶轮机]
全焊接板壳式换热器在传热中的应用
李含苹
(708研究所 上海 200011)
[关键词]换热器;板壳式
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[摘 要]板式、壳管式换热器广泛应用于传热中。近年来,集板式、壳管式换热器优点于一体的新一代板壳式换热器在工业、船舶行业有了一定程度的应用。本文主要介绍板壳式换热器的结构、性能特点以及与壳管式、板式换热器的比较。
[中图分类号]TK414.2+12 [文献标识码]A [文章编号]1001-9855(2004)04-0035-04
All-weldedplate&shellheatexchangersforheattransmission
LiHanping
Keywords:heatexchanger;plate&shelltype
Abstract:Plateheatexchangerandshell&pipeheatexchangerarewidelyusedinheattransmission.Thenewtypeofall-weldedplate&shellheatexchangercombiningtheadvantagesofplate,shell&pipeheat
exchangerhasbeenappliedinindustryandshipbuilding.Thispapermainlyintroducesthestructures,per-formancesofplate&shellheatexchangerandcomparestheshell&pipeandplateheatexchangers.
缩机的中间冷却器等都是壳管式冷却器的实例。图1(a)是一种最简单的壳管式换热器的示意图。它的换热面由管束构成,管子的两端固定在管板上,管束
用来使热量从热流体传递到冷流体,以满足规定工艺要求的装置统称换热器。换热器可以按不同的方式分类。按换热器操作过程可将其分为间壁式、混合式及蓄热式(或称回热式)三大类。在三类换热器中以间壁式换热器应用最广,按其结构型式可分为套管式、壳管式、交叉流、板式换热器,其中又以壳管式、板式换热器应用最为广泛。本文将对壳管式、板式以及集二者优点于一体的板壳式换热器的结构型式、性能参数、应用等作比较详细的介绍和比较。
与管板再封装在外壳内,外壳两端有封头。一种流体
(图中冷流体)从封头进口流进管子里,再经封头流出,这条路径称为管程。另一种流体从外壳上的连接管进入换热器,在壳体和管子之间流动,这条路径称为壳程。管程流体和壳程流体互不掺混,只是通过管壁交换热量。在同样的流速下,流体横向掠过管子的换热效果要比顺着管面纵向流过时为好,因此外壳内一般装有折流挡板,来改善换热。为了提高流体的流速,在图1(a)所示的换热器中,一端的封头里加一定数量的隔板,构成了多程式换热器。如图1(b),1(c)所示。
壳管式换热器的优点是传热系数高;流体温升大,可减少流体的流量;结构紧凑,特别是高度小,容易布置,可以适用各种换热量的换热器。缺点是换热
1 简 述
2 分析和比较
2.1 壳管式换热器
这是间壁式换热器的一种主要形式。化工厂中的加热器、冷却器,电厂中的冷凝器、冷油器,以及压
X[收稿日期]2004-4-19
[作者简介]李含苹(1975.10-),女,汉族,浙江人,工程师,从事船舶轮机设计工作。
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管容易腐蚀,特别是在流体具有一定的腐蚀性和管内流速高的情况下,不仅缩短寿命,还严重恶化传热;且清除污垢较困难。由于换热管比较多,清洗时劳动量大,而且在清洗时必须停止运行,拆除封头
等,因此清洗周期长,从而使换热器长期处于有污垢的状态下工作。2.2 板式换热器
板式换热器由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成,两相邻平板之间用特殊设计的密封垫
片隔开,形成一个通道,冷、热流体间隔地在每个通道中流动,称为板程。为强化换热并增加板片的刚度,常在平板上压制出各种波纹。板式换热器中冷、热流体的流动有多种布置方式,图2(a)所示为板式换热器的逆流布置,冷、热流体都只流过一个通道。图2(b)所示是板式换热器换热表面的排列情形;图2(c)是这种换热器的外形简图。板式换热器拆卸清洗方便,故适合于含有易污染物的流体(如牛奶等有机流体)
的换热。
图
1
图2
为了增加换热效果,板式换热器的换热表面由两块金属板卷制而成,称为螺旋板式换热器。冷、热流体在螺旋状的通道中流动,图3所示是其两个方向的截面示意图。这种换热器换热效果较好,缺点是换热器的密封比较困难。2.3 板壳式换热器
板壳式换热器则集中了壳管式换热器、板式换热器的优点,其高效、紧凑、安全可靠,被实践证明是传热技术中的一次巨大飞跃。板壳式换热器的内部核心是由一组特制的、几何结构相同的金属圆板片(见图4)完全焊接而成,形成一个圆柱状的换热板组,板中的两个圆孔形成
了板程流道,壳侧与板片间形成了壳程流道。为了使壳程流体通过板间流动,通常在壳体和板组之间加导流块。另外,独特的外部结构能使换热器承受较高的压力。图5是板壳式换热器的结构示意图。图6是板壳式换热器流程示意图。为了适应不同的工作环境,壳体和板片均有多种材料可供选择。
全焊接板壳式换热器在传热中的应用
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板壳式换热器具有如下优点:
a.性能特点
使用范围:使用温度:-200℃～+900℃使用压力:真空～10.0MPa
抗震动:能承受大温差下产生的震动。清洗方便:打开换热器壳体法兰可机械清洗。小温差换热:最小传热温差可达1℃。单台换热能力:5kW～100MW单台换热面积:0.7～1000m2接口管径:25mm～750mm
最大流量:板程:800m/h 壳程:1800m/hb.高效紧凑的结构抗震动
板壳式换热器的高效率使其体积非常紧凑,完
3
3
成相同的传热要求,它仅占传统系列管壳式换热器的10%空间,如图7所示。因而它具有投资少、维护成本低、耗用材料少、占用空间省的环保概念。独特的结构使板壳式换热器能承受很高的压力以及很大的温差范围。在应用中被证明,板式换热器独特的构造使其能有效地承受由于快速的温差而产生的热震动。
c.完全焊接的板片结构
由于采用无橡胶垫片和非铜钎焊接的结构,故在强大热力和机械外力作用下,不会发生泄漏和爆裂。这样的结构不但大大延长了产品的使用寿命,而
且对人和环境都很安全。
图7 换热器外形尺寸比较(10MW)
2.4 三种换热器之间的比较,见图8和表1
。表1 换热器特征比较
板壳式
最大操作温度℃最大操作压力
MPa
应 用拆 卸传热系数
2
w/m・℃℃
>250>10.0液/液汽/液—可以
壳管式>250>10.0液/液汽/液汽/汽可以
板式换热器
螺旋板式>250>10.0液/液汽/液—不可以
铜钎焊板式≤250≤3.0液/液汽/液—不可以
[***********]～5000～1500～5000～2000～50001
>5
1
3～5
1
可靠、抗震动、清洗方便等,故被广泛应用于能源、供暖、化学过程、冷冻冷藏等工业领域。应用范围从液-液换热到汽-液换热,可被用作换热器、冷凝器、分凝器和蒸发器等。■
[参考文献]
[1] 杨世铭、陶文铨.传热学[M].北京:高等教育出版
社.1998
[2] 船舶工业总公司.船舶设计实用手册[M].北京:国
防工业出版社
图8 三种换热器特征比较
3 应 用
因为板壳式换热器集中了传统壳管式换热器和板式换热器的优点:高效、紧凑、可小温差传热、安全