适于通入工业换热器管内空间(管程)的流体:(1)不清洁的流体:因为在换热器管内空间得到较高的流速并不困难,而流速高时,悬浮物不易沉淀,且管内空间也易于清洁。(2)体积小的流体:因为管内空间的流动截面往往比管外空间的流动截面小,流体易于获得必要的理想流速,而且也便于做多程流动。(3)有压力的流体:因为管子承压能力强,而且简化了壳体的密封要求。(4)腐蚀性强的流体:因为只有管子及管箱才需要用耐腐蚀的材料,而壳体及管外空间的所有零件均可用普通材料制造,所以可以降低造价。此外,在管内空间装设保护用的衬里或覆盖层也比较翻遍,并容易检查。(5)与外界温差较大的流体:因为可以减少热量的散失。
两相工业换热器邻挡板的距离(板间距)h为外壳内径D的(0.2~1)倍。工业换热器板间距过小,不便于制造和检修,阻力也较大。板间距过大,流体就难于垂直地流过管束,使对流传热系数下降。 对圆缺形挡板而言,形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。形缺口太大或太小都会产生"死区",既不利于传热,又往往增加流体阻力。挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大,不能保证流体垂直流过管束,使管外表面传热系数下降;间距太小,不便于制造和检修,阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2~1.0倍。为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击,可在进料管口装设缓冲挡板。拉杆、定距杆起到固定折流板和保证折流板间距离的作用,另一个重要作用就是减少管束震动。
满液式蒸发的基本方式是蒸发器内的内外强化传热管浸没在制冷剂液体中,制冷剂吸收管内水的热量后蒸发,它所进行的是一种池沸腾换热。工业工业常被设计成在运行时有1~3排管子露在液面以上,以防止液滴带出,液体沸腾时这几排管子会被蒸气带上来的液体润湿,仍能起传热管的作用。降膜式换热器的基本方式是制冷剂通过设计在满液式蒸发器顶部的分配器被均匀分配喷淋到蒸发器内的内外传热管上,吸收管内的热量蒸发。相对满液式蒸发器而言,降膜式蒸发具有如下显著优点。①提高换热性能:降膜式蒸发器具有极好的换热性能,特别是在部分负载情况下。主要表现在两方面:一方面充分利用了所有高效传热管的换热面积;另一方面在蒸发压力较低时,满液式蒸发器中液体的静液柱使底部饱和蒸发温度升高(局部饱和压力升高导致饱和温度升高),传热温差减小,导致传热性能下降,降膜式蒸发则不存在这种情况。
干式壳管式蒸发器为全部制冷剂在管内蒸发的壳管式蒸发器,多为卧式,主要用于氟利昂制冷装置。干式壳管式蒸发器与满液式蒸发器(壳管式)结构基本相同,但工作过程却完全不同,工业换热器的制冷剂在冷却管内流动蒸发,载冷剂在管外流动被冷却。载冷剂由蒸发器前端的筒体下部进入,经折流板折流后,从另一端上部流出。制冷剂由前端盖下部进入,往返2~4个流程后由前端盖上部流出。由于端盖对制冷剂的流动有折返作用,制冷剂在流动蒸发过程中比容不断增大,所以每个流程中的冷却管数也依次增多。出于载冷剂被折流上下流动,而制冷剂则前后往返流动,所以液体载冷剂与冷却管接触良好,传热系数较大。这种换热器的制冷剂充填量很少,大约为管组容积的35~40%。制冷剂在管内流动过程中全部变成气体,为保持冷库制冷机吸气过热度不变,制冷剂的供液量由膨胀阀自动控制。
工业换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。换热器的应用广泛,日常生活中取暖用暖气散热器片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上油冷却器等,都是换热器。工业换热器还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度,同时也是提高能源利用的主要设备之一。换热器既可是一种单独的设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的热交换器。由于制造工艺和科学水平的限制,早期的换热器只能采用简单的结构,而且传热面积小、体积大和笨重,蛇管壳式换热器等。随着制造工艺的发展,逐步形成一种管壳式换热器,它不仅单位体积具有较大的传热面积,而且传热效果也较好。
换热器管有会结垢是因为换热器大多是以水为载热体的换热系统,由于某些盐类在温度升高时从水中结品析出,附着于换热管表面,形成水垢。在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂,当水的PH值较高时,也可导致水垢析出。初期换热器形成的水垢比较松软,但随着垢层的生成,传热条件恶化,水垢中的结晶水逐渐失去,垢层即变硬,并牢固地附着于换热管表面上。此外,如同水垢一样,当换热器的工作条件适合溶液析出品体时,换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层;当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时,部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积,形成疏松、多孔或胶状污垢。
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