管殼式熱交換器管殼式熱交換器是一類熱交換器設計

管殼式熱交換器

       管殼式熱交換器是一類熱交換器設計。它是煉油廠和其他大型化工過程中Z常見的熱交換器類型，適合于高壓應用。顧名思義，這種類型的熱交換器由一個外殼（一個大型壓力容器）組成，里面有一束管子。一種流體穿過管子，另一種流體流過管子（穿過外殼），在兩種流體之間傳遞熱量。這組管子被稱為管束，可能由幾種類型的管子組成：普通管、縱向翅片管等。

       兩種起始溫度不同的液體流經(jīng)熱交換器。一種流經(jīng)管子（管子一側），另一種流在管子外面，但在殼體內（殼體一側）。熱量通過管壁從一種液體轉移到另一種液體，或者從管側轉移到殼側，或者反過來。液體可以是液體，也可以是殼側或管側的氣體。為了有效地傳遞熱量，應該使用大的傳熱面積，從而導致使用許多管子。通過這種方式，廢熱可以被利用起來。這是節(jié)約能源的一種有效方式。

       每側只有一相（液體或氣體）的熱交換器可稱為單相或單相熱交換器。兩相熱交換器可用于加熱液體，使其沸騰為氣體（蒸汽），有時稱為鍋爐，或冷卻蒸汽并將其冷凝為液體（稱為冷凝器），相變通常發(fā)生在殼側。蒸汽機車的鍋爐通常是大型的，通常是圓柱形的殼管式熱交換器。在有蒸汽驅動渦輪機的大型發(fā)電廠中，管殼式表面冷凝器被用來將渦輪機排出的蒸汽冷凝成冷凝水，再循環(huán)到蒸汽發(fā)生器中變成蒸汽。

       殼管式表面冷凝器還用于液冷式冷卻器，在蒸發(fā)器和冷凝器的制冷劑和水之間傳遞熱量，而在風冷式冷卻器中只用于蒸發(fā)器。

       殼和管的設計可以有很多變化。通常情況下，每根管子的兩端通過管板上的小孔連接到柱狀物（有時稱為水箱）。管子可以是直的，也可以彎曲成U字形，稱為U型管。

       在被稱為壓水反應堆的核電站中，被稱為蒸汽發(fā)生器的大型熱交換器是兩相、殼管式熱交換器，通常有U型管。它們被用來將表面冷凝器回收的水煮成蒸汽，以驅動渦輪機產(chǎn)生動力。大多數(shù)殼管式熱交換器在管側是1、2或4個通道的設計。這是指管內流體通過殼內流體的次數(shù)。在單程熱交換器中，流體從每個管子的一端進入，然后從另一端出來。

       電廠的表面冷凝器通常是單程直管換熱器。兩通和四通設計很常見，因為流體可以在同一側進入和退出。這使得結構更加簡單。

       通常有擋板引導流經(jīng)殼側，這樣流體就不會在殼側走捷徑，留下無效的低流量。這些擋板通常連接在管束上，而不是外殼上，以便管束仍可拆卸以進行維護。

       逆流式熱交換器是Z有效的，因為它們允許熱流和冷流之間的Z高對數(shù)平均溫差。然而，許多公司不使用U型管的雙通道熱交換器，因為它們很容易損壞，而且制造成本更高。通常情況下，可以使用多個熱交換器來模擬單個大型交換器的逆流。

       為了能夠很好地傳遞熱量，管子材料應具有良好的導熱性。因為熱量是通過管子從熱端轉移到冷端，所以在管子的寬度上存在著溫度差。由于管子材料在不同的溫度下有不同的熱膨脹趨勢，在操作過程中會產(chǎn)生熱應力。這是在流體本身的高壓所產(chǎn)生的任何壓力之外的。管子材料還應該在工作條件（溫度、壓力、pH值等）下與管殼和管側流體長期兼容，以盡量減少腐蝕等惡化現(xiàn)象。所有這些要求都要求仔細選擇堅固、導熱、耐腐蝕、高質量的管子材料，通常是金屬，包括鋁、銅合金、不銹鋼、碳鋼、非鐵銅合金、英科耐爾、鎳、哈氏合金和鈦。 全氟烷烴（PFA）和氟化乙烯丙烯（FEP）等含氟聚合物因其對溫度的高耐受性也被用來生產(chǎn)管子材料。[4] 管子材料選擇不當可能會導致管子在外殼和管子兩側之間發(fā)生泄漏，造成流體交叉污染，并可能造成壓力損失。

       管殼式熱交換器的簡單設計使其成為各種應用的理想冷卻解決方案。Z常見的應用之一是冷卻發(fā)動機、變速箱和液壓動力組中的液壓油和油。如果材料選擇得當，它們還可以用來冷卻或加熱其他介質，如游泳池水或補給空氣。

       使用管殼式換熱器的一大優(yōu)勢是它們通常很容易維修，特別是有浮動管束的型號（即管板沒有焊接在外殼上）。

外殼的圓柱形設計具有的抗壓性，允許所有范圍的壓力應用

在管殼式熱交換器中，有可能出現(xiàn)管子破裂，高壓（HP）流體進入并使熱交換器的低壓（LP）側過壓。管子破裂有可能破壞外殼的完整性，并釋放出可燃氣體或液體，從而給人們帶來風險和經(jīng)濟損失。交換器的外殼必須通過爆破片或溢流閥來防止過壓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)保護裝置的開啟時間對交換器的保護至關重要。這種裝置直接安裝在交換器的外殼上，并排放到泄壓系統(tǒng)中。