管束换热器

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管束换热器是工业生产中使两种温度不同的流体进行热量交换的典型设备，在化工、石油、制药、能源等工业部门应用广泛，是化工生产中不可或缺的重要设备之一。

一、结构与工作原理
管束换热器主要由管束、壳体、管板、折流板等部件构成。管束由数百甚至上千根管子组成，管程流体在管内流动，壳体作为流体的通道和承压件，壳程流体在管外流动，管板起到固定管束和密封流体的作用。
工作过程中，一种工质由封头端的进口接管进入传热管内，其流程可根据工艺要求实现一管程、二管程和四管程结构；另一种工质由壳体一端的进口接管进入壳体内并均匀地分布于传热管外，其流动状态可根据工艺要求在管束中设置不同型式和数量的折流板。两种不同温度的工质进入换热器内，温度相对高的工质经过换热管壁把热量传递给温度相对低的工质，温度相对高的工质被冷却，温度相对低的工质被加热，进而完成两流体换热工艺的目标。
二、常见结构型式及特点
固定管板式换热器：结构简单、紧凑、造价低，往往是管板兼法兰，适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差大，但压力不高，壳程介质干净或虽结垢但通过化学清洗能清除的场合。其主要缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生很大的温差应力。
浮头式换热器：管束一端的管板可以自由移动，不受温差应力的影响，但结构复杂，内浮头密封困难，锻件多，造价高。
U形管式换热器：管束可自由伸缩，只有一块管板，密封面少，管束与壳体分离，消除了温差应力，可抽芯检修更换。适用场合为管、壳程温差大，高温，高压，壳程需抽芯清洗，管内介质干净或虽会结垢但通过化学清洗能清除。

三、性能特点
传热系数：管壳式换热器传热系数适中，壳程为100W/(m²·K)，管程可达1000 W/(m²·K)。
传热面积密度：由于管壳式换热器直径大、长度长，体积庞大，传热面积密度较低，一般为50 - 100m²/m³。
机械强度与可靠性：机械强度高，可靠性好，运行压力可达数十个大气压，适用面广。
优缺点：优点是机械强度高，可靠性好，适用压力范围宽，通用性强，制造工艺成熟；缺点是传热系数和面积密度偏低，体积庞大，设计灵活性差，不易满足多种工况需求。
四、应用领域
化工行业：常用于高温高压的物料冷却和加热过程，如合成氨合成反应中对高温高压的氨合成气进行冷却，也用于对液体或气体进行加热、冷却、蒸发和浓缩等处理。
石油行业：主要用于原油和各种物料的加热或冷却，如炼油过程中对重油进行加热以提高其流动性，或者对精制油进行冷却以便储存和运输。
电力行业：是锅炉系统的重要组成部分，用于锅炉的给水加热、汽轮机的凝汽器冷却等过程，可实现热能的高效传递，提高发电效率。
食品行业：主要用于食品的加热、冷却和保鲜，如乳制品生产中对牛奶进行巴氏杀菌处理，啤酒发酵过程中控制发酵温度。
制药行业：用于反应器的冷却或加热过程，确保药品反应的正常进行和产品的质量控制，还用于药品的灭菌、注射液的冷却等过程。

五、维护与保养
定期清洗：清除管束内外的污垢和沉积物，保持换热效率。清洗方法可根据污垢性质选择机械清洗、化学清洗或高压水清洗等。
密封性检查：定期检查管束、管板、封头等部件的密封性，防止流体泄漏。如发现泄漏，应及时进行修补或更换密封件。
水质监测：对于使用水作为流体的场合，应定期监测水质，控制水的硬度、PH值等参数，防止结垢和腐蚀。
部件更换：及时更换老化或损坏的密封件、垫片等部件，确保设备的正常运行。