管殼式換熱器結構　　由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數大；正方形排列

管殼式換熱器

則管外清洗方便，適用于易結垢的流體。

　　流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。

管殼式換熱器類型

　　由于管內外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內將產生很大熱應力，導致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過50℃時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應力。根據所采用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：

　　① 固定管板式換熱器 管束兩端的管板與殼體聯成一體，結構簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應力。

　　② 浮頭式換熱器 管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣，但結構比較復雜，造價較高。

　　③ U型管換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區，借助于管箱內的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力，結構比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

　　非金屬材料換熱器 化工生產中強腐蝕性流體的換熱，需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。

　　其中以碳化硅為主要材質的陶瓷換熱器具有以下特點：

　　陶瓷換熱器的生產工藝與窯具的生產工藝基本相同，導熱性與抗氧化性能是材料的主要應用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風及高溫保護，當窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應是1000-1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，可節約能源25%－45%，這樣直接降低生產成本，增加經濟效益。

　　陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題，成為了回收高溫余熱的最佳換熱器。經過多年生產實踐，表明陶瓷換熱器效果很好。它的主要優點是：導熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩定，操作簡便。是目前回收高溫煙氣余熱的最佳裝置。

　　目前，陶瓷換熱器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業主要熱工窯爐，正在為世界的節能減排事業作出了巨大的貢獻。

　　流道的選擇 進行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：①不潔凈和易結垢流體宜走管程，因管內清洗較方便；②腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕；③壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；④飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數與流速無關,且冷凝液容易排出；⑤若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時，宜使傳熱分系數大的流體走殼程，以減小熱應力。

　　操作強化 當管壁兩側傳熱分系數相差很大時（如粘度小的液體與氣體間的換熱），應設法減小傳熱分系數低的一側的熱阻。如果管外傳熱分系數小，可采用外螺紋管（低翅片管），以增大管外一側的傳熱面積和流體湍動，減小熱阻。如果管內傳熱分系數小，可在管內設置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強管內擾動，強化換熱，當然這時流體的流動阻力也將增大。

1、主要控制參數

　　管殼式換熱器的主要控制參數為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數等。

2、選用要點

　　1）、根據已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計換熱面積，一般先假定傳熱系數，確定換熱器構造，再校核傳熱系數K值。

　　2）、選用換熱器時應注意壓力等級，使用溫度，接口的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長型，有利于提高換熱量。

　　3）、換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在0.01～0.05MPa之間；

　　4）、流速大小應考慮流體黏度，黏度大的流速應小于0.5～1.0m/s；一般流體管內的流速宜取0.4～1.0m/s；易結垢的流體宜取0.8～1.2m/s。

　　5）、高溫水進入換熱器前宜設過濾器。

　　6）、熱交換站中熱交換器的單臺處理和配置臺數組合結果應滿足熱交換站的總供熱負荷及調節的要求。在滿足用戶熱負荷調節要求的前提下，同一個供熱系數中的換熱器臺數不宜少于2臺，不宜多于5臺。

3、施工、安裝要點

　　1）、熱交換器應以最大工作壓力的1.5倍做水壓試驗，蒸汽部分應不低于蒸汽供汽壓力加0.3MPa；熱水部分應不低于0.4MPa。在試驗壓力下，保持10min壓力不降。

　　2）、管殼式換熱器前端應留有抽卸管束的空間，即其封頭于墻壁或屋頂的距離不得小于換熱器的長度，設備運行操作通道凈寬不宜小于0.8m。

　　3）、各類閥門和儀表的安裝高度應便于操作和觀察。

　　4）、加熱器上部附件（一般指安全閥）的最高點至建筑結構最低點的垂直凈距應滿足安裝檢測的要求，并不得小于0.2m。

4、執行標準

1）、產品標準

　　《管殼式換熱器》GB151-1999

　　《導流型容積式水加熱器和半容積式水加熱器(U型管束)》CJ/T 163-2002

2）、工程標準

　　《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》GB50242-2002

3）、相關標準圖

　　05R103 熱交換站工程設計施工圖集

　　01S122-1～10水加熱器選用及安裝

管殼式換熱器腐蝕分析

　　管殼式換熱器的材料一般以碳鋼、不銹鋼和銅為主，其中碳鋼材質的管板在作為冷卻器使用時，其管板與列管的焊縫經常出現腐蝕泄漏，泄漏物進入冷卻水系統污染環境又造成物料浪費。

　　管殼式換熱器在制作時，管板與列管的焊接一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應力的分布也不均勻。使用時管板部分一般與工業冷卻水接觸，而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕，這就是我們常說的電化學腐蝕。研究表明，工業水無論是淡水還是海水，都會有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外，金屬結構的復雜程度也會影響腐蝕形態。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看，管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物，分布著大小不等的凹坑。以海水為介質時，還會產生電偶腐蝕。化學腐蝕就是介質的腐蝕，換熱器管板接觸各種各樣的化學介質，就會受到化學介質的腐蝕。另外，換熱器管板還會與換熱管之間產生一定的雙金屬腐蝕。

　　綜上所述，影響管殼式換熱器腐蝕的主要因素有：

　　（1）介質成分和濃度：濃度的影響不一，例如在鹽酸中，一般濃度越大腐蝕越嚴重。碳鋼和不銹鋼在濃度為50%左右的硫酸中腐蝕最嚴重，而當濃度增加到60%以上時，腐蝕反而急劇下降；

　　（2）雜質：有害雜質包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等，這些雜質在某些情況下會引起嚴重腐蝕

　　（3）溫度：腐蝕是一種化學反應，溫度每提升 10℃，腐蝕速度約增加1~3倍，但也有例外；

　　（4）ph值：一般ph值越小，金屬的腐蝕越大；

　　（5）流速：多數情況下流速越大，腐蝕也越大。

管殼式換熱器的防腐保護

　　針對冷卻塔防腐問題，傳統方法以補焊為主，但補焊易使管板內部產生內應力，難以消除，可能造成冷卻塔管板焊縫再次滲漏。現西方國家多采用高分子復合材料的方法進行保護，其中應用最多的是美嘉華技術產品。其具有優異的粘著性能及抗溫、抗化學腐蝕性能，在封閉的環境里可以安全使用而不會收縮，特別是良好的隔離雙金屬腐蝕和耐沖刷性能，從根本上杜絕了修復部位的腐蝕滲漏，為冷卻塔提供一個長久的保護涂層。