管壳式换热器的特性与用途研究

王艳彩

摘 要：近几年随着国家经济的高速发展，从而制造业也在与日俱进，管壳式换热器在各个行业使用的越来越多，但是对于管壳式换热器的研究较少。本文针对现有的管式换热器，对其工作原理和传热性能进行分析，并且提出了改进传热的措施，为管壳式的广泛应用打下了基础。

关键词：管壳式，换热器的特点，换热器的用途

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.017

随着科学技术的发展需要，换热器已成为现代化不可缺少的工艺装备，在工程实践中应用广泛，很多大型企业都使用换热器来节省能量，对能量实现循环利用提高了生产效率。现在国家非常重试环境的保护和节能，尤其在能源、机械、制冷、空调等行业对换热器的需求更加多。换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能 任何一种石油、化工产品，都是人们利用一定的生产技术和按照特定的工艺要求。在生产实践中，要实现某种化工生产就需要有相应的机器和设备。石油化学等过程工业的绝大数生产过程都是在化工设备这一特定空间内进行的。化工容器及设备是为生产工艺过程服务的，它必须在规定的工艺条件下，在单位时间内，尽可能利用最少的资源，最小的空间生产最多的产品，而且在经济上也是最为合理的。

1 管壳式换热器的工作原理

管壳式换热器的连接方式有多种多样，其中固定式连接、U型管式连接和滑动式连接应用较多。管壳式换热管可以分为俩种，结构简单而且其壳体内径很小，管程可以根据实际工况进行设计，壳程也是根据实际所需进行定制，因此规格范围广，在工程实践中应用较多。在管壳式换热器中，在壳程流体和管程流体之间因为流动性而存在一定的温差，在温差作用下会使壳体和换热管之也形成一个温度差，从而会造成壳体和换热管之间会产生应力，防止壳体和换热管局部地区产生应力集中而破裂，从而造成换热管破坏。因此，必须在壳体和换热管之间加一节膨胀节来防止两个零件遭到不同程度破坏，也可以通过加厚两个零件的厚度来防止其破坏。

管壳式换热器由壳体和管束组成，管束包括多个管道相连接。管壳式换热器一般的工作压力可达4.5MPa，而且能够在工作温度低于200°C下进行操作。已有的加工水平，其壳体直径一般低于2000mm，而且其管道长度也小于10m。

2 管壳式换热器的传热性能分析

对于一个封闭的系统，即热力系统没有能量的交换，该系统的能量交换关系：

式中，Q表示系统从外界吸收的能量， W表示系统对外界做功，△U表示系统内能；△Ek表示系统动能，△EP表示热力系统的势能。

（1）增大传热的面积：

1）对管壳式的结构进行优化，通过计算和实验对内外导管进行优化，增加其有效传递面积。

2）对管壳式的面积进行增大，通过增加翅片来增大受热面积。

3）增加管壳式换热器的总体面积。

（2）增大传热平均温差：

传热平均温差的大小是由两种冷、热液体温度所决定，当双方都变温度的流体，应尽可能考虑从逆流的结构以获得接近计数器。

3 增大传热系数

传热过程中，各热阻与总传热系数关系如下

从上式可以看出传热系数的增大和K值的大小有关。如果Ri较大时，则应主要考虑如何防止或延缓垢层的形成或使污垢层清洗方便当hj和h0差别不大时，最好能同时提高两流体的对流换热系数；而当两者差别较大时，要设法增大换热系数较小的一项。

4 提高管壳式换热器传热能力的措施

提高管壳式换热器换热能力的措施包括以下内容：

（1）提高管壳式换热器的平均对数，必须尽量提高冷、热流体的逆流比例。

（2）确定管侧和壳侧介质。在换热器的设计中，换热器壳内安装挡板，当阻力> 100，壳体就会发生振动，因此，对小流量或介质的粘度较差是优选壳热介质；因为这样清洗壳体更加简单，当有沉淀和碎片时应该遵循易结垢管；从经济性考虑，对于高温、高压、腐蚀性介质的管作为传热介质更为合理；冷凝式换热器一般采用刚性结构，如果冷、热介质温度、壁面温度和换热系数的介质温度接近非常接近时，管壳介质换热系数更合理，冷、热介质温度小，两介质热交换系数大，热管螺纹的介质换热系数更合理。

（3）加强管壳式换热器传热的结构措施。在换热器的设计中，通常采用强化传热来提高换热器的传热能力.。常用的强化传热措施有：采用高效传热表面、静电场强化传热、壁厚、搅拌等。

5 总结

本文针对现有的管式换热器，对其工作原理和传热性能进行分析，并且提出了改进传热的措施，为管壳式的广泛应用打下了基础。

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