(一)工作原理
(二)結構設計
核心部件
殼體:作為設備的外部保護結構,為內部管束提供支撐,同時承受一定的壓力和溫度,確保設備的整體性和安全性。
管板:用于固定換熱管,將管程和殼程的流體分隔開來,保證流體在各自的通道內有序流動,防止泄漏。管板與換熱管的連接方式通常有焊接、脹接等,要求連接牢固且密封性能良好。
換熱管:是實現熱量交換的核心元件,采用耐腐蝕材料制造。其管徑、長度、數量以及排列方式根據具體工況和熱交換需求進行優化設計。常見的排列方式有正三角形排列、正方形排列等,不同排列方式對流體的流速、傳熱系數和壓降有不同影響。
封頭:安裝在殼體兩端,起到封閉設備的作用,使流體在設備內形成封閉的循環通道。封頭的形狀有橢圓形、球形等,根據設備的壓力等級和使用要求進行選擇。
折流擋板:設置在殼程內,用于引導殼程流體的流動方向,增加流體的湍動程度,提高傳熱系數。折流擋板的形式多樣,如弓形折流擋板、圓盤 - 圓環形折流擋板等,其間距和尺寸也需要根據流體性質和換熱要求進行合理設計。
創新結構設計
螺旋扁管結構:將換熱管設計成螺旋扁管形狀,這種結構能夠增強流體在管內和管外的湍流程度,使流體形成復雜的螺旋流動,從而大幅提高傳熱系數,一般可比直管結構提升 30% - 50%。同時,螺旋扁管還能有效降低污垢在管壁上的沉積,減少清洗頻率,延長設備使用壽命。
多管程設計:通過增加管程數,使流體在管內多次往返流動,延長了傳熱路徑,增加了流體擾動,從而提升換熱效率。多管程設計適用于冷熱流體溫差較大、熱負荷較高的工況,但需要注意合理分配各管程的流量,避免出現偏流現象。
大孔徑折流擋板:采用大孔徑的折流擋板,能夠減少流體對擋板的沖擊,降低流體流動過程中的壓降,提高設備的整體運行效率。同時,大孔徑折流擋板還便于安裝和維護,減少了因擋板損壞導致的設備故障風險。
二、材料選擇與耐腐蝕性能
(一)金屬材料
不銹鋼系列
316L 不銹鋼:具有良好的耐腐蝕性,尤其是對氯離子具有較強的抗腐蝕能力,因此在氯離子環境中應用廣泛,如氯堿工業中飽和食鹽水的換熱過程。其含有的鉬元素進一步提高了材料的耐點蝕和縫隙腐蝕性能。
雙相鋼 2205:結合了奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的優點,具有較高的強度和良好的耐腐蝕性。在濕法冶金中,對于硫酸 / 鹽酸浸出液等腐蝕性介質,雙相鋼 2205 表現出出色的抗點蝕與縫隙腐蝕性能,其耐點蝕當量值(PREN)較高,能夠有效抵抗腐蝕介質的侵蝕。
特種金屬
鈦鉭合金:具有耐強酸腐蝕性能,特別適用于高溫濃硫酸或鹽酸等強腐蝕性介質的換熱場景。鈦合金本身就具有良好的耐腐蝕性,而鉭元素的加入進一步提升了材料在酸性環境下的穩定性。例如,在某些化工生產過程中,需要處理高溫高濃度的硫酸,鈦鉭合金列管換熱設備能夠穩定運行,保障生產的連續性。
哈氏合金 C276:是一種鎳基合金,對高濃度腐蝕性有機溶劑具有出色的耐受性。在醫藥生產中,涉及到氯化物反應等過程,會產生具有強腐蝕性的介質,哈氏合金 C276 能夠有效應對,確保設備在復雜化學環境下的長期穩定運行。
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