第一篇：波紋管換熱器總結

波紋管換熱器

1.波紋管的類型

波紋管是在普通換熱管的基礎上經特殊工藝加工而成的一種管內外都有凹凸波形，既能強化管內又能強化管外的雙面強化傳熱管。從波形上分為螺旋形波紋和環形波紋二大類。由于螺旋型波紋管接頭部位難處理從而使其使用受限，故現在廣泛使用的是環形波紋管。其中環形波紋管分為波谷型波紋管、梯形波紋管、縮放管、波節管等幾大類。

2.波紋管強化傳熱的原理

波紋管管內流體沿流動方向的流動是在反復改變速度及壓力梯度下進行的，呈波峰處流體速度低、靜壓增大，波谷處流體速度增加、靜壓減小的狀態，在波紋管的波峰進口處發生噴射效應，出口發生節流效應，兩效應的結果使壁面內側發生無數小旋渦，加強了流體的湍流程度，使管子的全部內表面都受流體的沖刷，既破壞了邊界層，還沖刷了污垢層，從而不易結垢。由于其截面的周期性變化，管內外流體總是處于規律性的擾動狀態，即使流體在很低的流速下，管內外便會形成比較強烈的擾動，即波紋管在強化管程傳熱的同時也能強化殼程傳熱。在低雷諾數下，波節管的換熱與阻力性能比明顯好于光管;在高雷諾數下，波節管與光管的換熱與阻力性能比非常接近。3.波紋管換熱器與普通換熱管的區別 3.1傳熱效率

波紋管由于存在波峰與波谷設計，使流體流動時由于管內外截面連續不斷地突變形成強烈湍流，即使在流速很小的情況下，流體在管內外均可形成強烈擾動，大大提高了換熱管的傳熱系數。3.2換熱面積

與光管比較，波紋管的凹凸結構增加了冷熱流體的接觸面積，相同換熱能力下，能夠縮短換熱管長度。3.3結垢性能

流體流經波紋管的變截面后，產生小漩渦，不斷沖刷邊界層，在較低流速下形成湍流狀態，污垢不易聚集，阻礙了污垢層的形成。4.波紋管換熱器的熱力計算方法 詳見波紋管換熱器計算書 5.波紋管換熱器結構 詳見圖紙

第二篇：金屬波紋管介紹

金屬波紋管介紹

一、特種波紋管

是以開發研制液氫/液氧火箭發動機用金屬波紋管、液氧/煤油火箭發動機、艦船用波紋管等軍工技術為主而開發的產品。產品特點是：耐壓高、耐高低溫、耐腐蝕、性能穩定。我們通過各項技術和工藝的創新，研制出性能優異的高壓金屬波紋管，不僅滿足了火箭發動機和核潛艇的需要，也為國內高壓金屬波紋管的發展做出了貢獻。已為許多企業提供高壓金屬波紋管，這些波紋管隨同各種閥門一起在生產現場使用，使用質量很好，滿足了各行業對波紋管閥門的需要。

1、金屬波紋管的設計

金屬波紋管的設計是多參數設計，設計難度非常大。波紋管的幾何參數為：內徑、外徑、壁厚、層數、波距、波厚、波紋數、有效長度和端部結構等。波紋管的性能參數為：位移、耐壓力、剛度、壽命等。根據設計輸入條件進行幾何參數和材料的初步設計，然后應用EJMA等設計公式對性能參數進行設計、評估，如果設計不滿足要求，需要對部分參數進行重新設計，直到滿足設計要求為止，在多數情況下，為了進行一項具體設計，需要在若干相互矛盾的設計要求中選擇一個合理的、優化的方案。優化設計的方向是保證壓力、位移、溫度的條件下，剛度盡可能小。應用新材料.新結構提高波紋管的耐壓能力和工作位移。

設計手段先進：可根據用戶需要，應用先進的理論設計計算公式對波紋管進行優化設計 規格全：內徑Φ4mm～ Φ260mm

多波型：U型、S型等

耐壓高：0.001～24MPa

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

2、波紋管的性能簡介

波紋管的主要性能參數有剛度、位移、耐壓力、有效面積。本樣本僅就前四項提供了有關數據，下面就剛度、位移：耐壓力、溫度四項進行具體說明。

1）剛度

波紋管的剛度按載荷與位移性質不同可分：為軸向剛度、彎曲剛度、扭轉剛度等。在目前應用中絕大部分是軸向剛度，因此主要介紹軸向剛度剛度K，它是反應波紋管敏感性的一個參數。剛度越大．敏感性越差，它與靈敏度δ互成倒數即K=1／δ另外，剛度K與波數n成反比，因此單波剛度與總剛度之間的關系可用下式表示：K總=K單／n，例題根據整機要求的條件，經計算確定波紋管的尺寸參數為：內徑16mm，外徑25mm，壁厚0．12mm，材料為1Crl8Ni9Ti，層數為1層，根據后面的單層金屬波紋管系列表計算波數為10的該波紋管的總體剛度。解：根據題中所給條件查單層波紋管系列表得單波剛度為69．5 KN／ m，所以K總＝ 69．5／10＝6.95KN／m

2）位移

波紋管的位移有最大位移及允許位移兩種。最大位移指波紋管在外壓力作用下，壓到波紋之間相互接觸時所能產生的最大位移值；允許位移指在波紋不產生永久變形的情況下所能獲得的最大位移值。一般來講允許的壓縮位移要比允許的拉伸位移大1．5倍左右。波紋管的位移W與波紋管的波數成正比，即單波允許位移乘以波數等于總允許位移。例題：條件同上例解：查單層波紋管系列表得單波允許位移0．42mm則Wmax＝10 X0．42=4．2mm

3）耐壓力

耐壓力是波紋管的一項重要指標。有受內壓和外壓兩種形式，一般來講，同一波紋管在其它條件相同時，受外壓比受內壓時的穩定性要好，所以受外壓作用時的最大耐壓力比受內壓時高.4）工作溫度

工作溫度也是影響波紋管壽命的主要因素之一。本表所列波紋管工作溫度適用于溫度范圍在一196℃～600℃之間。但即使在此范圍，溫度越趨近于兩端其壽命也是要大打折扣的。因此若工作溫度有更高要求，則必須更換新材料，否則將嚴重影響產品壽命。

3、波紋管制造工藝

縱縫焊接工藝：縱縫焊接焊縫達到Ⅰ、ⅠⅠ級焊縫標準要求，同時又能滿足塑性成形的要求。多層管制造工藝：研究套管間隙和加力方式，設計專用工裝夾具消除套管間隙。

4、成形模具的設計

波紋管的幾何形狀、尺寸和精度是由成形模具來保證的。我們根據金屬變形規律、波紋管幾何形狀、尺寸、精度、成形力的大小和波紋管軸向彈性回彈等，設計成形模具。除設計因素之外，波紋管很大程度上依賴于制造工藝，先進的制造工藝是提高波紋管性能和質量的重要保證。

5、工藝過程設計

工藝設計是一項復雜的、多層次、多任務的設計過程，它涉及的面較廣，影響著工藝決策的因素也很多，金屬波紋管的試制涉及材料的精密塑性成形、熱 處理、表面處理、焊接、切削等多種工藝。根據研制的需要，對上述各工藝做出合理的設計，設計出技術上先進可行的工藝

二、閥用波紋管

產品特點：

1、性能優良

波紋管采用多層結構，比單層結構降低剛度，增加有效位移，有利于縮短閥門長度。

2、設計規范

依據閥門設計手冊有關標準中規定的最小閥桿直徑、最小開啟行程和波紋管受外壓的組件焊接形式而設計的，波紋管組件結構合理、緊湊，有利于閥門的設計結構小型化。

3、通用性強

用戶可根據需要，通過簡單計算選取所需產品，適用于各類截止閥、閘閥安全閥、調節閥等。

2、主要技術規格

1、使用范圍

產品適用于波紋管截止閥、波紋管閘閥、波紋管節流閥、波紋管調節閥等。

2、公稱直徑

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

3、公稱壓力

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

波紋管設計受壓形式外壓，設計耐壓為公稱壓力的1.5倍。

4、工作溫度-196℃~300℃

5、行程：波紋管設計總位移（壓縮）大于閥門開啟最小行程。

6、壽命：在公稱壓力、行程下大干5000次。

7、材料： ICrl8Ni9Ti、OCrl8Ni9、OOCrl7Nil4Mo2。

3、產品選型

1）一般選型

由于本產品是跟據現行閥門設計手冊有關壓力等級、通徑、行程和閥桿直徑等規定要素而進行設計的，用戶根據設計閥門壓力等級、通經兩個參數即可在產品規格表中選取標準的波紋管組件。

2）特殊選型

用戶也可根據自己產品，由本產品規格中給定參數，通過簡單計算，選取所需產品規格。根據閥桿直徑選取波紋管d，一般波紋管內徑d≥閥桿直徑之 2～4mm，即可在表中選取相應壓力等級下的波紋管內徑和外徑。

根據所需行程選取波紋管有效長度：L'

L'=(h/L)/h' L'--所需有效長mm； L--表中給定有效長mm；h--表中給定行程mm

h'--所需行程mm。選取所需剛度K'： k'=(k*n)/n' k'--所需剛度 N/mm；

K--表中給定剛度 N/mmn--表中給定波數；n'----所需波數。

3）本公司可根據用戶要求設計產品規格表以外的波紋管、連接法蘭及特殊結構閥用波紋管組件。

4、須知：

1、波紋管行程建議開啟時壓縮總位移的70％，關閉時拉伸總位移的30％；

2、波紋管應防扭轉；

3、波絞管壓縮應有限位；

4、波紋管裝配時應避免劃傷、碰傷

第三篇：換熱器基本知識

一、換熱器的結構型式有哪些？

換熱器是很多工業部門廣泛應用的一種常見設備，通過這種設備進行熱量的傳遞，以滿足生產工藝的需要。可按用途、換熱方式、結構型式三種不同的方法進行分類。按結構型式分類如下：

換熱器分為管式換熱器、板式換熱器、新型材料換熱器和其他型式的換熱器。

管式換熱器又分為：套管式換熱器、管殼式換熱器、沉浸式換熱器、噴淋式換熱器和翅片管式換熱器。

板式換熱器又分為：夾套式換熱器、平板式換熱器、傘板式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器和板殼式換熱器。

新型材料換熱器分為：石墨換熱器、聚四氟乙烯換熱器、玻璃換熱器和鈦材及其他稀有金屬材料換熱器。

其他形式的換熱器包括回轉式換熱器和熱管。

二、換熱器管為什么會結垢？如何除垢？

因為換熱器大多是以水為載熱體的換熱系統，由于某些鹽類在溫度升高時從水中結晶析出，附著于換熱管表面，形成水垢。在冷卻水中加入聚磷酸鹽類緩沖劑，當水的PH值較高時，也可導致水垢析出。初期形成的水垢比較松軟，但隨著垢層的生成，傳熱條件惡化，水垢中的結晶水逐漸失去，垢層即變硬，并牢固地附著于換熱管表面上。

此外，如同水垢一樣，當換熱器的工作條件適合溶液析出晶體時，換熱管表面上即可積附由物料結晶形成的垢層；當流體所含的機械雜質有機物較多、而流體的流速又較小時，部分機械雜質或有機物也會在換熱器內沉積，形成疏松、多孔或膠狀污垢。

換熱器管束除垢的方法主要有下列三種。

一、手工或機械方法

當管束有輕微堵塞和積垢時，借助于鏟削、鋼絲刷等手工或機械方法來進行清理，并用壓縮空氣，高壓水和蒸汽等配合吹洗。當管子結垢比較嚴重或全部堵死時，可用管式沖水鉆（又稱為捅管機）進行清理。

二、沖洗法

沖洗法有兩種。第一種是逆流沖洗，一般是在運動過程中，或短時間停車時采用，可以不拆開裝置，但在設備上要預先設置逆流副線，當結垢情況并不嚴重時采用此法較為有效。

第二種方法是高壓水槍沖洗法。對不同的換熱器采用不同的旋轉水槍頭，可以是剛性的，也可以是繞性的，壓力從10MPa至200ＭＰa自由調節。利用高壓水除污垢，無論對管間、管內及殼體均適用。高壓水槍沖洗換熱器效果較好。應用廣泛。

三、化學除垢

換熱器管程結垢，主要是因為水質不好形成水垢及油垢的結焦沉淀和粘附兩種形式，用化學法除垢，首先應對結垢物質化驗分析，搞清結垢物性質，就可以決定采用哪種溶劑清洗。一般對硫酸鹽和硅酸鹽水垢采用堿洗（純堿、燒堿、磷酸三鈉等），碳酸鹽水垢則用酸洗（鹽酸、硝酸、磷酸、氟氫酸等）。對油垢結焦可用氫氧化鈉、碳酸鈉、洗衣粉、液體洗滌劑、硅酸鈉和水按一定的配比配成清洗液進行清洗。采用化學清洗的辦法，現場需要重新配管，比較花費時間。

三、管殼式換熱器管子與管板的連接方法有哪幾種？如何選擇？

根據換熱器使用條件、加工條件的不同，基本可分為脹接、焊接、脹焊并用三大類。

其中脹接又可分為：機械脹管、液壓脹管、液袋脹管、橡膠脹管、爆炸脹管、脈沖脹管、粘脹等。

焊接分為：普通焊接、內孔焊接、高頻焊接、摩擦焊接、釬焊和爆炸焊接。

脹焊并用分為：強度焊+貼脹、強度焊+強度脹、強度脹+密封焊、強度脹+貼脹+密封焊、強度焊+強度脹+貼脹。

換熱器進行水壓試驗和氣密試驗的基本原則如下：

（1）液壓試驗時，圓筒的薄膜應力不得超過試驗溫度下材料屈服點的90%；在氣壓試驗時，此應力不得超過試驗溫度下材料屈服點的80%；

（2）制造完工的換熱器應按GB150“鋼制焊接壓力容器技術標準”的規定進行壓力試驗；

（3）換熱器需經水壓試驗合格后方可進行氣密性試驗；

（4）壓力試驗必須用兩個量程相同的并經過校正的壓力表。壓力表的量程在試驗的2倍左右為宜，但不應低于1.5倍和高于4倍的試驗壓力；

（5）換熱器的開孔補強圈應在壓力試驗以前通入0.4~0.5Mpa的壓縮空氣檢查焊縫質量；

（6）水壓試驗和氣密性試驗的試驗介質、試驗溫度、試驗方法要嚴格按照容器壓力試驗的有關規定進行；

（7）換熱壓力容器液壓試驗程序應按GB151規定進行；

（8）水壓試驗和空密性試驗在確認無泄漏后，應保壓30min。

四、換熱器泄漏后如何進行試漏檢查？怎樣進行堵管？

一、試漏檢查

為了查明管子的泄漏情況，首先要作水壓試驗，一般均采用在管子外側加壓力的外壓試驗。其方法是：把水通入殼體，保持一定時間，用目測檢查兩端管板處管子的泄漏情況，對漏管做出記錄。

二、堵管

管子本身的泄漏一般情況下是無法修復的，假如泄漏管子的數量不多時，可以用圓錐形的金屬堵頭將管口兩端堵塞，如管程壓力較高時，堵緊后再焊住更可靠。堵頭的長度一般為管內徑的2倍，小端直徑應等于0.85倍的內徑，錐度為1:10，堵頭材料的硬度應低于或等于管子的硬度。用堵管來消除泄漏時堵管數不得超過10%。

五、換熱器腐蝕的主要部位是哪些？為什么會發生腐蝕？

換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。腐蝕原因如下：

一、換熱管腐蝕

由于介質中污垢、水垢以及入口介質的渦流磨損易使管子產生腐蝕，特別是在管子入口端的40~50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產生渦流擾動有關。

二、管子與管板、折流板連接處的腐蝕

換熱管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應力集中，容易在脹管部位出現裂紋，當管與管板存在間隙時，易產生Cl+的聚積及氧的濃差，從而容易在換熱管表面形成點坑或間隙腐蝕使它成為SCC的裂源。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產生局部應力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應力腐蝕的薄弱環節。

三、殼體腐蝕

由于殼體及附件的焊縫質量不好也易發生腐蝕，當殼體介質為電解質，殼體材料為碳鋼，管束用折流板為銅合金時，易產生電化學腐蝕，把殼體腐蝕穿孔。

管殼式換熱器的檢修內容是：

一、小修內容

1）拆卸換熱器兩端封頭或管箱；

2）清洗、清掃管子內表面和殼體異物。并檢查換熱器兩端蓋、管箱的腐蝕、銹蝕、裂紋、砂眼等缺陷；

3）對管束和殼體進行試壓和試漏；

4）檢查螺栓及保溫、防腐；

5）進行局部測厚。

二、中修內容

1）包括小修內容；

2）抽出管束清理、清掃、清洗，并檢查換熱管的變形和彎曲情況；

3）檢查隔板和折流板及拉桿螺栓的腐蝕情況；

4）檢查換熱器各密封面情況，表面不應有劃痕、凹坑和點蝕。

三、大修內容

1）包括中、小修內容；

2）全面檢查換熱器的運行情況，并對管板與管子焊接處進行著色檢驗。管殼式換熱器日常維護的內容

管殼式換熱器日常維護和監測應觀察和調整好以下循環水的工藝指標。

一、溫度

溫度是換熱器運行中的主要控制指標，從換熱器進出口流體溫度變化的情況可分析換熱器的換熱效果，判斷換熱器傳熱效率的高低，主要在傳熱系數上，傳熱系數低其效率也低，由進出口的溫度可決定對換熱器進行檢查和清洗。

二、壓力

換熱器列管若干結垢嚴重，則阻力增大，所以日常要對換熱器的進出口壓差進行測定和檢驗，特別對高壓流體的換熱器更要特別重視，如果列管泄露，高壓流體一定向低壓側泄漏，造成低壓側壓力上升較快，甚至超壓。所以必須解體檢修或堵管。

三、振動

換熱器內部的流體流速一般較高，由于流體的脈沖和流動都會造成換熱管的振動，或者整個設備振動，但最危險的是工藝開車過程中，提壓或加負荷較快，很容易引起換熱管振動，特別是在隔板處，管子振動的頻率較高，容易把管切斷，造成斷管泄漏，遇到這種情況必須停機解體檢查，檢修換熱器。

固定管板式換熱器有哪幾部分組成？結構特點是什么？浮頭式換熱器的浮頭有幾種形式？

固定管板式換熱器主要由外殼、封頭、管板、管束折流板或支撐板等部件組成。

其結構特點是：在殼體中設置有平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼體的進出管直接焊接在殼體上，裝有進口或出口管的封頭管箱用螺栓與外殼兩管板緊固。管束內根據換熱管的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器，管程可以用隔板分成任何程數。

浮頭換熱器的浮頭常用的有兩種形式。第一種是靠夾鉗形半環和若干個壓緊螺釘使浮頭蓋和活動管板密封結合起來，保證管內和管間互不滲漏。第二種是使浮頭蓋法蘭直接和勾圈法蘭用螺栓緊固，使浮頭蓋法蘭和活動管板密封貼合，雖然減少了管束的有效傳熱面積，但密封性可靠，整體也較緊湊。

板式換熱器的工作原理是什么？有何特點？

板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片，按一定的間隔，通過橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設備。板片組裝時，兩組交替排列，板與板之間用粘結劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網形流道，換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在低流速成下形成湍流，以達到強化傳熱的效果。板上的四個角孔，形成了流體的分配管和泄集管，兩種換熱介質分別流入各自流道，形成逆流或并流通過每個板片進行熱量的交換。

其特點：（1）體積小，占地面積少；（2）傳熱效率高；（3）組裝靈活；（4）金屬消耗量低；（5）熱損失小；（6）拆卸、清洗、檢修方便；（7）板式換熱器缺點是密封周邊較長，容易泄漏，使用溫度只能低于150oC，承受壓差較小，處理量較小，一旦發現板片結垢必須拆開清洗。

六、板式換熱器有哪幾部分組成？有什么作用？

板式換熱器主要由傳熱板片、密封墊片、兩端壓板、固定封頭、活動封頭（頭蓋）、夾緊螺栓、支架、進出管等組成。

各部件作用如下：

一、傳熱板片

傳熱板片是換熱器主要起換熱作用的元件，一般波紋做成人字形，按照流體介質的不同，傳熱板片的材質也不一樣，大多采用不銹鋼和鈦材制作而成。

二、密封墊片

板式換熱器的密封墊片主要是在換熱板片之間起密封作用。板式換熱器的泄漏多是因為密封墊片壓錯位或者老化引起的。

三、兩端壓板

兩端壓板主要是夾緊壓住所有的傳熱板片，保證流體介質不泄漏。

四、夾緊螺栓

夾緊螺栓主要是起緊固封頭和換熱板片的作用。夾緊螺栓一般是通扣螺紋，預緊螺栓時，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均勻。

五、掛架

主要是支承換熱板片，使其拆卸、清洗、組裝等方便。

板式換熱器中、大修的內容有哪些？

板式換熱器中修的內容是：

（1）拆除進出管清洗雜物；

（2）檢查進出管的橡膠內襯，不應有裂紋和破壞；

（3）檢查測量螺栓預緊力和板片總體尺寸。

板式換熱器大修的內容是：

（1）包括中修內容；

（2）如換熱器結垢，應解體清洗，或者另行配管在線化學清洗；

（3）用放大鏡檢查密封墊片的彈性和壓縮變形情況，必要時可以更換；

（4）檢查傳熱板片變形情況；

（5）檢查傳熱板片有無腐蝕、穿孔等缺陷；

（6）重新組裝，壓緊螺栓；

（7）試壓；

（8）復位。

板式換熱器的拆裝程序如下：

（1）板式換熱器拆卸前，首先測量板束的壓緊長度尺寸，做好記錄（重裝時應按此尺寸）；

（2）拆下夾緊螺栓和全部換熱片；

（3）取下各板片上的密封墊片，為防止用螺絲刀刺破板片，可采取液氮急冷法，使橡膠板條急冷變形，然后撕下；

（4）清理密封槽內的殘余粘結劑，清洗板片上的污垢；

（5）用燈光或滲透法檢查傳熱板片有無裂紋或穿孔。檢查板片上是否有凹坑或變形；

（6）修復或更換損壞的板片；

（7）重新組裝。組裝前首先用丙酮清洗密封槽，并用401號粘結劑，水平位置粘好密封條；

（8）粘好密封條的板片，每50片一組，用20~30mm的鋼板壓緊，在周圍環境溫度為30~35oC的范圍內固化24h，可以掛片；

（9）掛片完畢，輕掛兩端壓蓋，并穿固定螺栓；

（10）用力矩扳手均勻地擰緊螺栓；

（11）測量組裝壓緊后板片的總長度；

（12）裝進出口內襯套；

（13）整體試壓。首先將板片一側的流體通道的入口管盲死，裝滿水，然后在板片另一側的工作介質通道出口管上加一帶放氣短管的盲板，在試壓側裝上壓力表。充滿水后用手壓泵加壓，為操作壓力的1.5倍，并保持30min，壓力無下降即可連接外管。

板式換熱器泄漏主要由以下原因造成：

（1）換熱板片腐蝕穿透；

（2）換熱板片有裂紋；

（3）夾緊螺栓緊固不均勻；

（4）換熱板片變形太大；

（5）密封墊片斷裂或老化；

（6）密封墊片厚度不均；

（7）密封墊片壓偏。

板式換熱器與列管式換熱器比較有什么優點？

（1）體積小，占地面積少。板式換熱器占地面積為同樣換熱能力的列管式換熱器的30%左右。

（2）傳熱效率高。傳熱系數可達16700KJ/（m2*h*oC）[4000kcal/(m2*h*oC)],較之列管換熱器高2~4倍。

（3）組裝方便。當增加換熱淚盈眶面積時，只需多裝板片，進出口方位不需變動。

（4）金屬消耗量低；

（5）拆卸、清洗、檢修方便，不易結垢。

第四篇：換熱器論文

09無機非（1）

材料工程基礎論文

管殼式換熱器論文

摘要;本文主要介紹管殼式換熱器。并分析其特點。關鍵詞：管殼式換熱器、傳熱管束、管板、折流板

正文：管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結垢的流體。管殼式換熱器

流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。

類型：由于管內外流體的溫度不同，因此換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內將產生很大熱應力，導致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過50 ℃時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應力。根據所

09無機非（1）

材料工程基礎論文

采用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：

① 固定管板式換熱器 管束兩端的管板與殼體聯成一體，結構簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應力。

② 浮頭式換熱器 管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣，但結構比較復雜，造價較高。

③ U型管換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區，借助于管箱內的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力，結構比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

非金屬材料換熱器 化工生產中強腐蝕性流體的換熱，需采用

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陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。這類換熱器的換熱性能較差，只用于壓力低、振動小、溫度較低的場合。

流道的選擇

進行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：①不潔凈和易結垢流體宜走管程，因管內清洗較方便；②腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕；③壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；④飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數與流速無關,且冷凝液容易排出；⑤若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時，宜使傳熱分系數大的流體走殼程，以減小熱應力。

操作強化

當管壁兩側傳熱分系數相差很大時（如粘度小的液體與氣體間的換熱），應設法減小傳熱分系數低的一側的熱阻。如果管外傳熱分系數小，可采用外螺紋管（低翅片管），以增大管外一側的傳熱面積和流體湍動，減小熱阻。如果管內傳熱分系數小，可在管內設置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強管內擾動，強化換熱，當然這時流體的流動阻力也將增大。

管殼式換熱器-shell and tube heat exchanger 由一個殼體和包含許多管子的管束所構成，冷、熱流體之間通過管壁進行換熱的換熱器。管殼式換熱器作為一種傳統的標準換熱設備，在化工、煉油、石油化工、動力、核能和其他工業裝置中得到普遍采用，特別是在高溫高壓和大型換熱器中的應用占據絕對優勢。通常的工作壓力可達4兆帕，工作溫度在200℃以下，在個別情況下還可達到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800毫米以下，管子長度在9米以下，在個別情況下也有更大或更長的。

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為提高換熱器的傳熱效能，也可采用螺紋管、翅片管等。管子的布置有等邊三角形、正方形、正方形斜轉45°和同心圓形等多種形式，前3 種最為常見。按三角形布置時，在相同直徑的殼體內可排列較多的管子，以增加傳熱面積，但管間難以用機械方法清洗，流體阻力也較大。管板和管子的總體稱為管束。管子端部與管板的連接有焊接和脹接兩種。在管束中橫向設置一些折流板，引導殼程流體多次改變流動方向，有效地沖刷管子，以提高傳熱效能，同時對管子起支承作用。折流板的形狀有弓形、圓形和矩形等。為減小殼程和管程流體的流通截面、加快流速，以提高傳熱效能，可在管箱和殼體內縱向設置分程隔板，將殼程分為2程和將管程分為2程、4程、6程和8程等。管殼式換熱器的傳熱系數，在水-水換熱時為1400～2850瓦每平方米每攝氏度〔W/(m2〃℃)〕;用水冷卻氣體時，為10～280W/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽時，為570～4000W/(m2〃℃)。

分類

管殼式換熱器按結構特點分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、Ｕ型管式換熱器、雙重管式換熱器、填函式換熱器和雙管板換熱器等。前 3種應用比較普遍。

固定管板式換熱器

它是管殼式換熱器的基本結構形式。管子的兩端分別固定在與殼體焊接的兩塊管板上。在操作狀態下由于管子與殼體的壁溫不同，二者的熱變形量也不同，從而在管子、殼體和管板中產生溫差應力。這一點在分析管板強度和管子與管板連接的可靠性時必須予以考慮。為減小溫差應力，可在殼體上設置膨脹節。固定管板式換熱器一般只在適當的溫差應力范圍、殼程壓力不高的場合下

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采用。固定管板式換熱器的結構簡單、制造成本低，但參與換熱的兩流體的溫差受一定限制；管間用機械方法清洗有困難，須采用化學方法清洗，因此要求殼程流體不易結垢。

浮頭式換熱器

浮頭式換熱器的結構為管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板與浮頭蓋用螺栓連接，形成可在殼體內自由移動的浮頭。由于殼體和管束間沒有相互約束，即使兩流體溫差再大，也不會在管子、殼體和管板中產生溫差應力。浮頭式換熱器適用于溫度波動和溫差大的場合；管束可從殼體內抽出用機械方法清洗管間或更換管束。但與固定管板式換熱器相比，它的結構復雜、造價高。

U型管式換熱器 一束管子被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束。管板夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱即可直接將管束抽出，便于清洗管間。管束的U形端不加固定，可自由伸縮，故它適用于兩流體溫差較大的場合；又因其構造較浮頭式換熱器簡單，只有一塊管板，單位傳熱面積的金屬消耗量少，造價較低，也適用于高壓流體的換熱。但管子有U形部分，管內清洗較直管困難，因此要求管程流體清潔，不易結垢。管束中心的管子被外層管子遮蓋，損壞時難以更換。相同直徑的殼體內，U形管的排列數目較直管少，相應的傳熱面積也較小。

雙重管式換熱器

將一組管子插入另一組相應的管子中而構成的換熱器。管程流體從管箱進口管流入，通過內插管到達外套管的底

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部，然后返向，通過內插管和外套管之間的環形空間，最后從管箱出口管流出。其特點是內插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱。但管程流體的阻力較大，設備造價較高。

填函式換熱器

填函式換熱器的結構，管束一端與殼體之間用填料密封。管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優點。由于減少了殼體大蓋，它的結構較浮頭式換熱器簡單，造價也較低；但填料處容易滲漏，工作壓力和溫度受一定限制，直徑也不宜過大。

雙管板換熱器管子兩端分別連接在兩塊管板上，兩塊管板之間留有一定的空間，并裝設開孔接管。當管子與一側管板的連接處發生泄漏時，漏入的流體在此空間內收集起來，通過接管引出，因此可保證殼程流體和管程流體不致相互串漏和污染。雙管板換熱器主要用于嚴格要求參與換熱的兩流體不互相串漏的場合，但造價比固定管板式換熱器高。

特點

這種換熱器結構較簡單，操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用最廣的類型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流

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動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數大；流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。

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第五篇：淺論換熱器及其發展趨勢

淺論換熱器及其發展趨勢

摘要:換熱器是工業部門廣泛使用的一種設備。為了適應所需，換熱器的類型多而復雜，本文根據作用原理和傳熱方式主要分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器進行了簡要介紹。間壁式換熱器仍是應用最廣泛的一類換熱器，因此以其一列管式換熱器為例概括了換熱管的現狀和相應的換熱器的發展進展。

關鍵詞：換熱器；換熱管；現狀；發展

一、換熱器介紹

換熱器是一種使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設備，它在許多工業部門被廣泛使用，包括化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械等等。其主要功能有兩點，一是使流體溫度達到工藝流程規定的指標，以滿足工藝流程上的需要；二是有效的回收利用預熱、廢熱，特別是低位熱能。在化工生產中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等，應用相當廣泛，自然的，其類型也相當多，若按照作用原理和傳熱方式則分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器。

1.1 直接接觸式換熱器

直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器，是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等，具體應用有冷卻塔、氣壓冷凝器、氣體洗滌器等。

采用這種換熱器，熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多；其結構能適應所規定的工藝操作，運轉安全可靠，密封性

好，清洗、檢修方便，流體阻力小。同時價

格便宜，維護容易，可使用時間長。但明顯的缺點就是應用范圍小，僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合。

1.2蓄熱式換熱器

圖1-1直接接觸式換熱器 熱式換熱器與回熱式換熱器相對應，是一種應用歷蓄史比較久遠的換熱裝置，回熱式換熱器中兩種流體的換熱是通過各個位置的固定邊界進行的，在穩定運行時換熱器的內的溫度只與位置有關，而在蓄熱式換熱器熱量的傳遞都是動態

［］的，同時依賴于位置和時間。1在蓄熱式換熱器中，冷、熱流體交替地流過同一固體傳熱面及其所形成的通道，依靠構成傳熱面的物體的熱容作用（吸熱或放熱），實現冷、熱流體之問的熱交換。蓄熱式換熱器有受熱面回轉式和風罩回轉式兩種：前者是由轉子轉動使煙氣和空氣交替沖刷蓄熱元件；后者是由風罩轉 使煙氣和空氣交替沖刷蓄熱元件。該換熱器適用于流量大的氣一氣熱交換場合，如動力、硅酸鹽及石油化工等工業 中的余熱利用和廢熱回［］收等方面。2

蓄熱式換熱器的優點也很明顯，首先是結構緊湊，其次它是由由固體填充物構成的蓄熱體作為傳熱面的，交替地通過同一通道利用蓄熱體來吸熱和放熱，其單位面積傳熱面大，適用于氣-氣熱交換，如回轉式空氣預熱器。但局限在于不允許兩種流體混合。

圖1-3 燃燒室

圖1-2 蓄熱式換熱器

1.3 間壁式換熱器

間壁式換熱器又稱為表面式換熱器，利用間壁（固體壁面）進行熱交換。是應用最廣泛的一類換熱器，形式也多種多樣，如板式換熱器、板翅式換熱器、列管換熱器三類。相比而言，板式換熱器具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便，使用壽命長等特點；板翅式換熱器制造工藝要求更為嚴格，且容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修困難，但其傳熱性能特別好；列管式換熱器又稱管殼式換熱器，是工業上應用最廣泛的換熱設備，又分為固定管板式換熱器、U形管式換熱器、浮頭式換熱器。管殼 式換熱器由一個殼體 和包 含許多 管子的管束所構成，冷、熱流體之間通過管壁進行換熱的換熱器。它適應于冷卻、冷凝、加熱、蒸發和廢熱回收等各個方面。通常管殼式換熱器的工作壓力可達 4兆帕，工作作溫度在 200 ℃ 以下。在個別情況下還可達到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800 ram 以下，管子長度在9m以下，在個別情況下也有更大或更長的。其優于其他兩種的特點是結構堅固、可選用的結構材料范圍廣，故適應性強、操作彈性較大。因此，在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。

圖1-4 管殼式換熱器

間壁式換熱器應用廣泛，工作壞境多變 且較為惡劣，例如部分間壁式換熱器操作壓強高達2*105Kpa，溫度-250到1500 ℃的范圍內變化，某些流體的腐蝕性又特別嚴重等。每種類型的換熱器都有優缺點，選擇換熱器類型時，要考慮的因素很多，例如材料，壓強，溫度，溫度差，壓強降，結垢腐蝕情況，流動狀態，傳熱效果，檢修和操作等。對同一種換熱器而言，某種情況下使用是好的，而在另外的情況下卻不能夠令人滿意，甚至根本不能用。因此在實際應用中，工作人員需對各種間壁式換熱器的優缺點和操作方式了然于胸，最大發［3］揮其優勢。

1.4 中間載熱體式換熱器

中間載熱體式換熱器是將兩個間壁式換熱器由在其中循環的載熱體連接，載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器間循環，從高溫流體換熱器中吸收熱量，向低溫流體換熱器中釋放熱量給低溫流體。

圖1-5

熱管換熱器

二、換熱器的發展

換熱器在國民經濟和化工生產領域中對產品質量、能量利用率以及系統經濟性、可靠性起著舉足輕重的作用。近年來，能源與材料費用的不斷增長極大地推動了對高效節能換： 熱器的研究，作為一種節能設備，換熱器不僅是保證加工過程正常運轉不可缺少的設備，而且就金屬消耗、動力消耗和投資來說，其在整個工程中所占有比例很大。據統計，換熱器的投資約占全部設備投資的40%。因此開發新型高效和結構緊湊的換熱器是目前換熱器研究的一個重要方向。其內部強化傳熱主要有兩種途徑：增大傳熱面積，但換熱器的傳熱面積不可能無限制地增大，否則投資費用會大大增加，并且隨著工業化的進展，設備要緊湊化：提高傳熱系數，主要從管程和殼程傳熱強化系數的提高方面上考慮。

2.1 常見換熱管的研究現狀

2.1.1 螺旋槽管

螺旋槽管是種管壁上具有外凸和內凸的異形管，管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內外的傳熱系數，起到雙邊強化的作用。根據在光管表面加螺旋槽的類型，螺旋槽管有單頭和多頭之分，其主要結構參數有槽深e、槽距p和槽旋角β。，研究還表明單頭螺旋槽管比多頭螺旋槽管的性能好。目前，無論足從傳熱、流阻、結垢性能，還是從無相變對流換熱和有相變凝結換熱，對螺旋槽管的強化傳熱研究從理論到實際已達到較高水平。

2.1.2 橫紋管

橫紋管是一種普通圓管作毛胚，在管外壁經簡單滾軋出與軸線垂直的凹槽，同時在管內形成一圈突起的環肋。其強化機理為：當管內流體經橫向環肋時，管壁附近形成軸向漩渦，增加了邊界層的擾動，有利于熱量通過邊界層的傳遞。當渦流即將消失時，流體又流經下一個橫肋，不斷產生軸向渦流，因而保持連續且穩定的強化作用。2.1.3 管內插入物

管內插入物的類型有很多，主要有：麻花鐵、螺旋線圈、螺旋帶、螺旋片、扭帶和靜態混合器等。各種插入物的強化傳熱機理一般可分為四種：形成旋轉流；破壞邊界層；中心流體與管壁流體產牛置換作用；產生二次流。管內插入物的優點是對舊的換熱器設備進行改造，以提高其換熱性能。在強化傳熱的同時，能達到清除污垢的目的。2.1.4 內翅片管

內翅片管是采用特殊的焊接工藝和設備加工而成，流體在管內的換熱過程為單相強制對流換熱。其豐要特點是通過在傳熱管管內擴大傳熱面積、強化管內傳熱的途徑來提高換熱器的傳熱性能。八十年代初，日立電纜有限公司研究表明，采用左右錯式的螺旋內翅片管強

［4］化單相流體的傳熱可使管內給熱系數提高到光管的2.8倍左右。2.1.5 波紋管

波紋管是將光管加工成波紋形狀的翹片，其強化傳熱機理是：通過改變斷面使弧形段內壁處發生兩次反向擾動，增加對管內流體的擾動，擴大低熱阻區域，以提高傳熱系數，增強傳熱效果。具有不易結垢，單位容積傳熱面積大，耐腐蝕性強，溫差應力小等優點。2.1.6 縮放管

縮放管是由依次交替的收縮段和擴張段組成的波形管道，其強化傳熱的機理是：在擴張段流體速度降低，靜壓增大；在收縮段流體速度增加，靜壓減小；流體在方向反復改變的軸向壓力梯度下流動。擴張段產生的漩渦在收縮段被有效地利用，沖刷了流體邊界層，便邊界層減落實現了強化傳熱。

2.2 換熱器發展及進展

長期以來，列管式換熱器面臨著各種新型換熱器的挑戰，且某些場合已被一些新型換熱器所取代，但是由于它的高度可靠性和廣泛的適應性，至今仍然居于統治地位。例如在日本其產量占全部換熱器的70%，產值占60%。由于受到挑戰，反過來也促進了它自身的發展。

［5］例如在高溫、高壓領域，已有用它取代蛇管、套骨式換熱器的趨勢。目前，對高效列管式換熱器的研究主要集中在強化管程和殼程兩方面，根據以上換熱管研究現狀針對管程有如下改進。

2.2.1 螺紋管換熱器

螺紋管是一種優良的高效異形強化傳熱管件，其結構如圖2-1所示，由光滑管在車床上軋制而成，分單頭和多頭，其強化機理是：產生的邊界層分離流使傳熱邊界破壞。目前從傳熱、流阻、阻垢性能、無相變對流換熱、有相變凝結換熱等方面對螺紋管的強化傳熱研究從理論到實際都達到了較高水平。

圖2-1

螺紋管

2.2.2 橫紋管換熱器

橫紋管主要用來強化管內單相流體的傳熱，在相同流速下，橫紋管比單頭螺旋槽管比較，流體阻力稍大但壓降較小，傳熱性能好。我國華南理工大學、沈陽化工學院和遼寧冷熱設備制造公司等單位對橫紋管進行了研究和應用。如圖2-2。

圖2-2 橫紋管

2.2.3 菱形翅片管換熱器

菱形翅片管與螺紋管相比，翹片距更密，傳熱面積更大，當流體流經菱形翅片表面時，傳熱邊界層在非連續翅片上因受到周期性破壞而減薄，從而提高了冷凝傳熱系數，是光滑管的6倍。

2.2.4 波紋管換熱器

波紋管是近10年出現的強化換熱管，其結構如圖2-3所示，我國第一臺波紋管換熱器由沈陽市廣廈熱力設備公司于 20世紀90年代初研制成功。

圖2-3 波紋管

2.2.5 縮放管換熱器

其結構如圖2-4所示。華南理工大學研究認為，縮放管可強化管內外單相流體的傳熱，45在同等流阻損失下，Re=10-10 范圍內，傳熱管比光管增加70%。縮放管換熱器已在空氣

［6］預熱器、油冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐中廣泛使用。

三、結論

圖2-4

縮放管

換熱器在近百年來在國民經濟的很多領域起著越來越重要的作用，能源與材料費用的不斷增長也極大地推動了對高效節能的換熱器的研究。而今，換熱器的類型已經很多，但缺陷卻是大多數換熱器所共有的，其內部強化傳熱途徑也相似。對于未來的發展，需要包括以下幾個方面：一是器械緊湊化；二是換熱高效化——減少熱量的散失；三是節能減排；四是理論系統化；五是技術模型化。

換熱器有著極其廣泛的應用，在發展上雖然有瓶頸但仍然有很大的需要。

參考文獻

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