趙艷

摘 要：本文主要介紹了浮頭式換熱器的結構特點、工作原理及使用壽命所影響的因素，同時也對浮頭部分做了具體的設計與結構的闡述。

關鍵詞：浮頭式冷卻器；浮頭結構特點；浮頭設計計算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.002

0 引言

換熱器是廣泛應用于化工、石油化工、動力、醫(yī)藥、冶金、制冷、輕工等行業(yè)的一種通用設備。在眾多類型的換熱器結構中，管殼式換熱器是用得最為廣泛的一種換熱設備類型。管殼式換熱器制造容易，生產成本低，選材范圍廣，清洗方便，適應性強，處理量大，工作可靠，且能適應高溫高壓，雖然它在結構緊湊性、傳熱強度和單位金屬消耗方面無法與板式或板翅式換熱器相比，但它由于具有前述的一些優(yōu)點，因而在化工、石油、能源等行業(yè)的應用中仍處于主導地位。其它的結構一般是把管子與管板連接，再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式，釜式浮頭式，U型管式，滑動管板式、填料函式及套管式等幾種，其中浮頭式換熱器受到廣泛的應用主要特點是浮頭端，其實形式可分為填料函式、鉤圈式、帶有套環(huán)的填料函式三種：①填料函式浮頭是為解決溫差膨脹而設計的。②鉤圈式浮頭中，管板夾在可拆卸的部分環(huán)和蓋板之間。③帶有套環(huán)的填料函浮頭，其套環(huán)填料由后端封頭的螺栓壓緊，管束與殼體之間的間隙比較小?，F在要介紹的就是鉤圈式浮頭換熱器。

1 浮頭式換熱器結構特點

1.1 浮頭的結構

浮頭式換熱器，兩端管板中有一端是兩個容器法蘭對夾式連接的，另一端可相對管板自由移動，這端稱為浮頭。浮頭由浮動管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，結構是可以拆連接。管束可從對夾式容器法蘭那側抽出（也有設計成不可拆的），這種結構的好處在于管束與殼體不受熱變形的約束，更不會產生熱應力，相對來說為檢修、清洗提供了方便。在鉤圈與浮頭法蘭依靠凹凸密封面配合，之間鉆孔并套絲或焊設多個螺柱均布，分程隔板與浮頭法蘭密封面相通并位于同一端面并且管板凹面相匹配，該浮頭法蘭與無折邊球面封頭組配焊接為浮頭蓋。其法蘭螺孔與浮頭管板的螺孔或螺柱相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型與浮頭法蘭凹型槽及分程凹槽及其墊片，該結構必要時可適當加在浮頭自由端那部分管板的厚度，和直徑及圓筒的內徑，可根據熱力計算確定流速來其調整。同時也加大相關零部件的尺寸。

1.2 浮頭的特點

浮頭式換熱器的優(yōu)點主要是浮頭部分的設計，針對于固定管板式換熱器的缺陷在結構上做了改進。殼體與管速對熱膨脹是自由的，當冷介質與熱介質溫差大時，管束與殼體之間也不會產生溫差應力，浮頭端的設計可拆式結構，使管間和管內清洗方便。其優(yōu)點是：適用于高溫高壓下工作；一般溫度小于450度；壓力小于等于6.4MPa；可用于結垢比較嚴重的場合；可用于管程易腐蝕場合。缺點是：但其結構復雜，造價比其他的換熱器要高，相對笨重些，材料消耗也比較量大。浮頭密封的部分易發(fā)生內漏，浮頭端小蓋在操作時無法知道泄漏情況，所以在安裝時要特別注意其密封，金屬耗材方面也提高了20%的成本， 由于結構復雜導致管束和殼體的間隙較大，故有害E流路較嚴重的問題，同時殼程的壓力也受到滑動接觸面的密封限制。

2 浮頭式換熱器的設計需求

2.1 浮頭蓋設計

2.1.1 球冠形封頭厚度

一下預緊狀態(tài)值，然后法蘭厚度與之大者，且不小于球冠形封頭名義厚度的兩倍。

2.2 鉤圈厚度設計

2.2.1 管板的厚度

2.2.2 鉤圈厚度

鉤圈分為A與B兩種結構，由于A型結構結構尺寸大，通常選用B種。

2.3 管板設計因素

管板是換熱中主要的受力元件之一，用來排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開，避免管程和殼程的冷熱流體混合，并同時受管程、殼程壓力和溫度的作用。對于浮頭式冷卻器，其固定端的一塊管板的周邊大多是以螺栓、墊片夾持在殼程法蘭和管箱法蘭之間。其計算模型是把管板的布管區(qū)視為彈性基礎上，受管孔均勻削弱的圓平板，管板外周不布管部分視為環(huán)板，整個管板周邊為簡支，承受均勻載荷。當換熱器承受高溫、高壓時，高溫和高壓對管板的要求是矛盾的，增大管板的厚度，可以提高承壓能力，但當管板兩側介質溫差很大時，管板內部沿厚度方向的熱應力增大，減薄管板厚度，可以降低應力，但承壓能力降低。此外，在開車、停車時，由于厚管板的溫度變化慢，換熱管的溫度變化快，在換熱管和管板連接處會產生較大的熱應力。當迅速停車或進氣溫度突然變化時，熱應力往往會導致管板和換熱管在連接處發(fā)生破壞，因此，在滿足強度的前提下，應盡量減少管板厚度。

3 影響浮頭式換熱器的壽命因素

換熱器的壽命是衡量設計完善度的重要標志。浮頭式換熱器損壞原因有腐蝕、堵塞和折流板與換熱管間的接觸磨損等。根據具體條件和結構，其次各不相同，但三者又是相互影響的。這樣掌握管內與管間的流速問題就很主要，流速的大小直接影響冷卻器的換熱效果和壽命，此類的冷卻器的冷卻水一般是在管內流動，而氣體在管間流動。會加速冷卻器的損壞。氣體在管間流動的管殼式冷卻器使用壓力大于等于3到5MPa，氣體在管內流動者可達高壓范圍。采用氣體在管內流動的方案，可取較高流速，從而獲得較高的氣程給熱系數。對于極易污染的氣體，亦應安排在管內流動。換熱管直徑主要看管里流速多少，一般氣走管的時候流速限制在10m/s左右，而水走管的時候一般在1-2m/s左右，流速主要折流板間距和筒徑大小來決定的。一般用折流板來增加氣體流速，如果流速仍然很低，難以將污染氣體中的塵埃，油污和腐蝕產物排除。加之氣體脈沖作用在折流板上，引起換熱管和折流板間因相對振動而引起磨損。

4 結語

浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性，在長期的使用過程中受了廣為利用，本著提高傳熱效率，提高緊湊性，降低材料消耗，增強承受高溫、高壓、超低溫以及耐腐蝕能力等因素的還要進行不斷促進自身的發(fā)展，需要對浮頭式換熱器更深入的改進。

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