列管換熱器(管殼式換熱器)工作原理
一、核心工作原理
列管換熱器通過 兩種流體在管程和殼程中的流動,利用金屬管壁作為傳熱介質(zhì),實現(xiàn)熱量從高溫流體向低溫流體的傳遞。其核心是 對流換熱 和 導熱 的結(jié)合。
二、工作流程
流體分配:
管程流體:從換熱器一端的封頭進入,流經(jīng)多根平行排列的換熱管內(nèi)部。
殼程流體:從殼體側(cè)面的入口進入,圍繞管束外部流動,通過折流板引導形成特定路徑。
熱量傳遞:
高溫流體(如蒸汽或熱水)通過管壁將熱量傳導至低溫流體(如冷水或冷空氣)。
流體流出:
管程流體從另一端封頭流出,殼程流體從殼體出口排出,完成熱交換。
三、關(guān)鍵設(shè)計對傳熱的影響
折流板的作用:
強制殼程流體橫向沖刷管束,增強湍流,破壞邊界層,顯著提高傳熱效率。
常見折流板類型:弓形、圓盤-環(huán)形。
流動方向配置:
順流:兩種流體同方向流動,傳熱溫差小,適合低溫差工況。
逆流:兩種流體反方向流動,傳熱溫差大,效率更高(大多數(shù)設(shè)計采用逆流)。
三角形排列:緊湊度高,傳熱效率好,但壓降大。
正方形排列:便于清洗,壓降低,適合易結(jié)垢流體。
四、熱傳遞機制
對流換熱:
管程和殼程流體通過流動與管壁發(fā)生對流換熱。
流速越高,對流換熱系數(shù)越大,但壓降和能耗也增加。
導熱:
熱量通過金屬管壁(如不銹鋼、銅)從高溫側(cè)傳導至低溫側(cè)。
管壁材質(zhì)的熱導率直接影響傳熱效率(例如銅的導熱性優(yōu)于不銹鋼)。
五、實際應(yīng)用中的工作參數(shù)
典型工況:
溫度范圍:-50°C 至 500°C(根據(jù)材質(zhì)和設(shè)計壓力)。
壓力范圍:真空至 30 MPa。
流速控制:管程流速 1-3 m/s,殼程流速 0.5-1.5 m/s。
效率優(yōu)化:
增加換熱面積(如翅片管、擴展表面)。
提高湍流程度(如減少折流板間距)。
定期清洗防止結(jié)垢(化學清洗或機械清洗)。
六、示例:蒸汽-水列管換熱器
管程流體:冷水(入口 20°C → 出口 80°C)。
殼程流體:蒸汽(入口 120°C → 出口 100°C,冷凝為水)。
傳熱過程:蒸汽在殼程冷凝釋放潛熱,通過管壁加熱管程冷水。
七、優(yōu)缺點總結(jié)
優(yōu)點缺點
結(jié)構(gòu)堅固,耐高壓高溫體積較大,占地面積多
適用介質(zhì)廣泛(氣、液、相變)清洗和維修復雜(需拆裝管束)
可通過增減管數(shù)靈活調(diào)整能力高流速下壓降較大
八、應(yīng)用場景
化工廠:反應(yīng)器進料預熱、精餾塔冷凝。
發(fā)電廠:鍋爐給水加熱、汽輪機排氣冷凝。
制冷系統(tǒng):冷水機組中的冷凝器和蒸發(fā)器。
船舶:柴油機冷卻水換熱。
免責聲明