表2 換熱管的小彎曲半徑
換熱管外徑 |
10 |
14 |
19 |
25 |
32 |
38 |
45 |
57 |
R min |
20 |
30 |
40 |
50 |
65 |
76 |
90 |
115 |
當(dāng)U 形管內(nèi)流速過(guò)高或有腐蝕時(shí),應(yīng)適當(dāng)加厚彎管半徑較小的U 形管的壁厚。
換熱管的排列形式
換熱管標(biāo)準(zhǔn)的排列形式見(jiàn)圖
a) 三角形排列
三角形排列(包括正三角形排列和轉(zhuǎn)角三角形排列)是為普遍的排列形式,特別是用在殼程介質(zhì)較清潔,換熱管外不需要清洗的固定管板換熱器中。
b) 正方形排列
正方形排列一般多用于需對(duì)換熱管外進(jìn)行清洗的浮頭換熱器和U 形管換熱器中。
c) 正三角形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列(見(jiàn)圖a、d),在傳熱上稱為錯(cuò)列,介質(zhì)流動(dòng)時(shí)可形成湍流,對(duì)傳熱有利。而轉(zhuǎn)角三角形和正方形排列(見(jiàn)圖b、c)在傳熱上稱為直列,介質(zhì)流動(dòng)時(shí)有一部分是層流,對(duì)傳熱有不利影響。
因此,對(duì)于無(wú)相變的換熱器,因其傳熱與介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)關(guān)系較大。故宜采用正三角形或轉(zhuǎn)角正方形排列。對(duì)于有相變的冷凝器,因?yàn)閭鳠崤c介質(zhì)的流動(dòng)關(guān)系較小,僅與管壁凝液流動(dòng)方向的關(guān)系較大,一般可采用轉(zhuǎn)角三角形和正方形排列。
殼程結(jié)構(gòu)
常見(jiàn)的典型的殼程元件組成見(jiàn)表3
表3 常見(jiàn)的典型的殼程元件組成
折流板
折流板的作用
a)增加殼程管間的介質(zhì)流速,提高傳熱效果。
b)對(duì)換熱管起支承作用。
c)調(diào)整折流板間距,對(duì)避免管束誘發(fā)振動(dòng)有一定的作用。
折流板的形狀
常用的折流板和支持板的形狀有弓形和圓盤(pán)-圓環(huán)形兩種。此外根據(jù)需要還有其它形式的折流板和支持板,如矩形孔圓板和矩形擋板等,見(jiàn)圖所示:
a) 單弓形折流板(圖 a):是常采用的一種形式,其形式簡(jiǎn)單,但壓降較大。
1) 上下排列(水平切口)即指物料進(jìn)口與弓形缺口是成垂直設(shè)置的,以造成介質(zhì)的劇烈擾動(dòng)來(lái)增大傳熱系數(shù)。
2) 左右排列(豎直缺口)是指物料進(jìn)口與弓形缺口是成平行設(shè)置的。多用于臥式冷凝器或蒸發(fā)器,便于冷凝液和氣體的流動(dòng)。
3) 轉(zhuǎn)角排列,一般用于換熱管正方形排列,可使流體形成湍流,以提高傳熱效率。
b) 雙弓形(圖b)和三弓形折流板(圖c):適用于殼程流量較大的物流,或殼程流體為密度低的低壓時(shí),此時(shí)壓降會(huì)有大的下降,而傳熱系數(shù)的下降要小得多;同時(shí)這種形式還有利于防止介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中誘發(fā)的振動(dòng)。
c)圓盤(pán)—圓環(huán)形折流板(圖d):由圓盤(pán)和圓環(huán)交錯(cuò)排列,介質(zhì)流動(dòng)特征是與軸心對(duì)稱。
d)矩形折流板(圖e):矩形折流板可橫放,也可豎放,而橫放一般用于殼程介質(zhì)為氣相時(shí),豎放用于殼程介質(zhì)為液相或有冷凝液的場(chǎng)合。這兩種形式通常在大直徑和大流量情況下采用。
拉桿和定距管
折流板、支持板的固定一般采用拉桿或拉桿和定距管與管板固定。常用的固定結(jié)構(gòu)有兩種,即拉桿定距管結(jié)構(gòu)和點(diǎn)焊結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖所示:
a) 拉桿定距管結(jié)構(gòu),用于換熱管外徑大于或等于 19mm 的管束。
b) 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu),用于換熱管外徑小于或等于 14mm 的管束。
拉桿的尺寸
拉桿的連接尺寸按圖所示和表4確定。
表4 拉桿尺寸
拉桿的布置
雙殼程結(jié)構(gòu)
在殼程內(nèi)安裝一平行于換熱管軸線的矩形平板,即縱向隔板,將殼程一分為二,即雙殼程,見(jiàn)圖所示。這種結(jié)構(gòu)可以提高殼程物料流速,改善傳熱效果,即提高傳熱系數(shù),從經(jīng)濟(jì)角度,一臺(tái)雙殼程換熱器比兩臺(tái)單管程換熱器便宜。
浮頭端蓋的密封問(wèn)題是浮頭部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要考慮因素。影響浮頭端蓋密封的重要組件有鉤圈、浮頭蓋等。
浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖
浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)由圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成。鉤圈式浮頭的詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖所示。
鉤圈式浮頭的詳細(xì)結(jié)構(gòu)
鉤圈對(duì)浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著重要的作用。鉤圈一般都是對(duì)開(kāi)式結(jié)構(gòu),要求密封可靠,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、便于制造和拆裝方便。
GB151 給出了兩種型式的鉤圈,即A 型鉤圈和B 型鉤圈。見(jiàn)下圖。
A 型鉤圈特點(diǎn)
A 型鉤圈的底部距浮動(dòng)管板較遠(yuǎn),使得浮頭端殼程介質(zhì)的死角增大,減少管束的有效傳熱面積。且A 型鉤圈的厚度比B 型鉤圈厚,上緊雙頭螺柱也比B 型長(zhǎng),穩(wěn)定性差。
B 型鉤圈的特點(diǎn)
B 型鉤圈為國(guó)外引進(jìn)型式,其特點(diǎn)是浮頭管板和鉤圈的斜槽采用不同傾角,在上緊雙頭螺柱時(shí)間隙將消失而使管板對(duì)鉤圈起到支撐并控制鉤圈轉(zhuǎn)角的作用,即了螺栓的彎曲變形在允許范圍內(nèi),又了有效密封的作用。
B 型鉤圈和浮動(dòng)管板的結(jié)構(gòu)
B 型鉤圈與浮動(dòng)管板的結(jié)構(gòu)如圖所示。
B型鉤圈
浮動(dòng)管板
推薦的B 型鉤圈和浮動(dòng)管板的尺寸
B 型鉤圈的推薦尺寸與之相配合的浮動(dòng)管板的尺寸,供設(shè)計(jì)參考,詳見(jiàn)表1和上圖。
表1 B 型鉤圈和浮動(dòng)管板的推薦尺寸(mm)
浮頭蓋是浮頭式換熱器浮頭端的重要組成部分,浮頭蓋的結(jié)構(gòu)如下圖所示。
浮頭蓋的結(jié)構(gòu)
多管程的浮頭蓋,其小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)使相鄰管程之間的橫跨流通面積至少等于每程換熱管流通面積的1.3 倍。
單管程的浮頭蓋,其接管中心處小內(nèi)側(cè)深度為接管內(nèi)徑的三分之一。
浮頭蓋中分程隔板的小厚度如下表2所示。
表2 分程隔板的小厚度