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换热设备系列

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U形管换热器


 
概述
       U形管式换热器每根管子均弯成U形,流体进、出口分别安装在同一端的两侧,封头内用隔板分成两室,每根管子可自由伸缩,来解决热补偿问题。

主要特点
       结构简单,只有一个管板,密封面少,运行可靠,造价低;管束可抽出,管间(壳程)清洗方便。质量轻,适用于高温和高压的场合。管程清洗困难,管程流体必须是洁净和不易结垢的物料,由于管子需要一定的弯曲半径,故管板利用率低;管束最内层间距大,壳程易短路;内层管子不能更换,因而抱人率高。U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢,而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。一般高温、高压、腐蚀性强的介质走管内,可是高压空间减小,密封易解决,并可节约材料和减少热损失。

应用范围
       换热器是广泛应用于汽车、航空、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工、食品、工程机械等行业的一种通用设备,约占工艺设备总量的20%~70%。按其传热面的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其他形式换热器。目前常用的换热器种类有浮头式、固定管板式和U形管式,其中以浮头式换热器居多。固定管板式换热器由于自身结构,应用的场合有限;浮头式换热器零部件多,易拆卸和清理,但检修的工作量大,容易内漏;而U型管式换热器的管板比固定管板式换热器少,其泄漏点就相应减少。此外,U型管式换热器的壳程水压试验后烘干也比较容易,而且它的适用场合广、检修简单、操作弹性好。如果换热器的换热面积小、壳程与管程的温差较大或壳程介质很容易脏、管束表面需要经常清理地,一般都采用U型管式换热器。

结构特点
       U型管式换热器,单台换热器共有两块管板,如下图1所示(件号45为中间挡板,件号46为U形换热管,件号47为内导流筒)。
       这种换热器有一半管束管内外介质的流动方向为并流,另一半管束管内外介质的流动方向为逆流。U型管式换热器的双管板之间一般采用聚液壳彼此连接。聚液壳可以用来调整管板间距且保证两管板相互平行。同时,聚液壳用来封闭相邻两管板之间泄漏出的气(液)体,防止有毒气(液)体的外溢。聚液壳最高和最低处需分别设置放空口和放净口,用于及时导出渗漏气(液)体。如果壳程与管程之间温差很大,为了降低壳程与管程管板与换热管连接处的应力,应尽量降低短节的壁厚,必要时可增加一个膨胀节。

设计要求
       U形管换热器与其他类型换热器的最大区别是管束结构,在设计换热管布局时应考虑换热管的最小弯曲半径尺i与分程隔板槽两侧相邻管中心距s的关系。管径越大,最小弯曲半径就越大,大部分换热管的最小弯曲半径大于分程隔板槽两侧相邻管中心距;且U形管弯曲段的弯曲半径R应不小于两倍的换热管外径,常用换热管的最小弯曲半径R可查手册选取。
       因此,为了保证适合分程隔板槽两侧相邻管的中心距,最内层换热管在排列时需要进行斜向交叉排列。如果最内层U形管之间的间距过大时,可设置假管或者挡板。

技术参数
U形管式换热器的主要参数
公称直径
DN/mm
管程数
N
管子根数n 中心排管数 管程流道面积/m² 换热面积/m²
换热管外径d/mm d×δt/mm L=3米 L=6米
19 25 19 25 19×2 25×2 25×2.5 19 25 19 25
325 2 38 13 11 6 0.0067 0.0045 0.0041 13.4 6.0 27.0 12.1
4 30 12 5 5 0.0027 0.0021 0.0019 10.6 5.6 21.3 11.2
426
400
2 77 32 15 8 0.0136 0.0111 0.0100 26.9 14.7 54.5 29.8
4 68 28 8 7 0.0060 0.0048 0.0044 23.8 12.9 48.2 26.1
500 2 128 57 19 10 0.0227 0.0197 0.0179 44.6 26.1 90.5 53.0
4 114 56 10 9 0.0101 0.0097 0.0088 39.7 25.7 80.5 52.1
600 2 199 94 23 13 0.0352 0.0326 0.0295 69.1 42.9 140.3 87.2
4 184 90 12 11 0.0163 0.0155 0.0141 63.9 41.1 129.7 83.5
700 2 276 129 27 15 0.0492 0.0453 0.0411 194.1 119.4
4 258 128 12 13 0.0228 0.0221 0.0201 181.4 118.4
800 2 367 182 31 17 0.0650 0.0630 0.0571 257.7 168.0
4 346 176 16 15 0.0306 0.0304 0.0276 242.8 162.5
900 2 480 231 35 19 0.0850 0.0800 0.0725 336.2 212.8
4 454 226 16 17 0.0402 0.0391 0.0355 317.8 208.2
1000 2 603 298 39 21 0.1067 0.1032 0.0936 421.5 273.9
4 576 292 20 19 0.0510 0.0505 0.0458 402.4 268.4
1100 2 738 363 43 24 0.1306 0.1257 0.1140 514.6 332.9
4 706 356 20 21 0.0625 0.0616 0.0559 492.2 326.5
1200 2 885 436 47 26 0.1566 0.1510 0.1369 615.8 399.0
4 852 428 24 21 0.0754 0.0741 0.0672 592.6 391.7
注:①排管数按正方形旋转45°排列计算。
       ②计算换热面积按光管及公称压力2.5MPA的管板厚度计算。

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