管殼式換熱器

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係數，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，傳熱分係數大；正方形排列則管外清洗方便，適用於易結垢的流體。

管殼式換熱器的主要控制參數為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數等。

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。

管殼式換熱器由於管內外流體的溫度不同，因之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，需採取適當補償措施，以消除或減少熱應力。根據所採用的補償措施，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，但只適用於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，便於機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣，但結構比較複雜，造價較高。

③ U型管式換熱器 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，藉助於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。

④渦流熱膜換熱器渦流熱膜換熱器採用最新的渦流熱膜傳熱技術，通過改變流體運動狀態來增加傳熱效果，當介質經過渦流管表面時，強力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。最高可達10000W/m2℃。同時這種結構實現了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱係數降低。

各種分類換熱器性能對比：

1.高效節能，該換熱器傳熱係數為6000-8000W/m2.0C。

2.全不鏽鋼製作，使用壽命長，可達20年以上。

3.改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻。

4.換熱速度快，耐高溫（400℃），耐高壓（2.5Mpa）。

5.結構緊湊，佔地面積小，重量輕，安裝方便，節約土建投資。

6.設計靈活，規格齊全，實用針對性強，節約資金。

7.應用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度範圍和多種介質熱交換。

8.維護費用低，易操作，清垢周期長，清洗方便。

9.採用納米熱膜技術，顯著增大傳熱係數。

10.應用領域廣闊，可廣泛用於熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫藥、能源電子、機械輕工等領域。

11.傳熱管採用外表面軋制翅片的銅管，導熱係數高，換熱面積大。

12.導流板引導殼程流體在換熱器內呈折線形連續流動，導流板間距可根據最佳流速進行調節，結構堅固，能滿足大流量甚至超大流量、脈動頻率高的殼程流體換熱。

13.當殼程流體為油液時，適用於粘度低和較清潔的油液換熱。

1）、根據已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計換熱面積，一般先假定傳熱係數，確定換熱器構造，再校核傳熱係數K值。

2）、選用換熱器時應注意壓力等級，使用溫度，介面的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長型，有利於提高換熱量。

3）、換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在0.01～0.05MPa之間；

4）、流速大小應考慮流體黏度，黏度大的流速應小於0.5～1.0m/s；一般流體管內的流速宜取0.4～1.0m/s；易結垢的流體宜取0.8～1.2m/s。

5）、高溫水進入換熱器前宜設過濾器。

6）、熱交換站中熱交換器的單台處理和配置台數組合結果應滿足熱交換站的總供熱負荷及調節的要求。在滿足用戶熱負荷調節要求的前提下，同一個供熱係數中的換熱器台數不宜少於2台，不宜多於5台。

1）、熱交換器應以最大工作壓力的1.5倍做水壓試驗，蒸汽部分應不低於蒸汽供汽壓力加0.3MPa；熱水部分應不低於0.4MPa。在試驗壓力下，保持10min壓力不降。

2）、管殼式換熱器前端應留有抽卸管束的空間，即其封頭於牆壁或屋頂的距離不得小於換熱器的長度，設備運行操作通道凈寬不宜小於0.8m。

3）、各類閥門和儀錶的安裝高度應便於操作和觀察。

4）、加熱器上部附件（一般指安全閥）的最高點至建築結構最低點的垂直凈距應滿足安裝檢測的要求，並不得小於0.2m。

《管殼式換熱器》GB151-2014

《導流型容積式水加熱器和半容積式水加熱器(U型管束)》CJ/T 163-2002

《建築給水排水及採暖工程施工質量驗收規範》GB50242-2002

管殼式換熱器的材料一般以碳鋼、不鏽鋼和銅為主，其中碳鋼材質的管板在作為冷卻器使用時，其管板與列管的焊縫經常出現腐蝕泄漏，泄漏物進入冷卻水系統污染環境又造成物料浪費。

管殼式換熱器在製作時，管板與列管的焊接一般採用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分佈也不均勻。使用時管板部分一般與工業冷卻水接觸，而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕，這就是我們常說的電化學腐蝕。研究表明，工業水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結構的複雜程度也會影響腐蝕形態。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看，管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物，分佈著大小不等的凹坑。以海水為介質時，還會產生電偶腐蝕。化學腐蝕就是介質的腐蝕，換熱器管板接觸各種各樣的化學介質，就會受到化學介質的腐蝕。另外，換熱器管板還會與換熱管之間產生一定的雙金屬腐蝕。

綜上所述，影響管殼式換熱器腐蝕的主要因素有：

（1）介質成分和濃度：濃度的影響不一，例如在鹽酸中，一般濃度越大腐蝕越嚴重。碳鋼和不鏽鋼在濃度為50%左右的硫酸中腐蝕最嚴重，而當濃度增加到60%以上時，腐蝕反而急劇下降；

（2）雜質：有害雜質包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等，這些雜質在某些情況下會引起嚴重腐蝕

（3）溫度：腐蝕是一種化學反應，溫度每提升 10℃，腐蝕速度約增加1~3倍，但也有例外；

（4）ph值：一般ph值越小，金屬的腐蝕越大；

（5）流速：多數情況下流速越大，腐蝕也越大。

針對冷卻塔防腐問題，傳統方法以補焊為主，但補焊易使管板內部產生內應力，難以消除，可能造成冷卻塔管板焊縫再次滲漏。現西方國家多採用高分子複合材料的方法進行保護。其具有優異的粘著性能及抗溫、抗化學腐蝕性能，在封閉的環境里可以安全使用而不會收縮，特別是良好的隔離雙金屬腐蝕和耐沖刷性能，從根本上杜絕了修復部位的腐蝕滲漏，為冷卻塔提供一個長久的保護塗層。