換熱結構
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-19
換熱結構的實例教程
纏繞管式反應器實際是對分管束式反應器的一種結構變形，這種結構設計包含了對分管束式反應器管束結構的裝配難度大和溫差應力問題的綜合考慮，纏繞管束的制造過程具備獨特的便捷性，且纏繞管換熱結構應用于高溫工況時能夠有效解決溫差應力問題，因此該結構反應器的開發成為當前研究的熱點。
該反應器設計在管外裝填催化劑，換熱介質在纏繞管內流動換熱，換熱管兩端通過自由彎曲匯總連接到管箱，分別連接換熱介質進、出口。在纏繞管束所處位置從內向外方向依次設置有中心進料分布器、催化劑筐、纏繞管和外收集器，中心分布器同時作為纏繞管束的中心承載結構。纏繞管式反應器的多層繞管結構有利于提高反應介質沿徑向流動的均勻性，間接優化了流體在反應器內的分布效果。
多數纏繞管式反應器設計均需采用超長換熱管（相對于12m以下的常用換熱管長度），因此制造過程中對換熱管的質量控制和檢測要求較高。由于纏繞管束的位置也是裝填催化劑的反應空間，管束纏繞的尺寸精度直接影響催化劑裝填均勻性，因此管束纏繞過程的制造工藝控制對于反應器使用性能至關重要。
展開 在石油化工生產裝置中約有40%左右的設備屬于換熱設備，換熱設備是所有工藝流程中不可或缺的重要設備，它在降低能耗、降低生產成本起到了重要的作用。但是，隨著裝置的大型化、節能減排的嚴苛要求和工藝設計條件的越加苛刻，傳統意義上的換熱器已經不能滿足工藝生產要求。小編有幸在工程實際中接觸到了螺紋鎖緊環換熱器，該換熱器具有結構緊湊、泄漏點少、密封可靠、節省材料、可以在線修理等優勢。其特殊之處還在于管箱部分，基本原理是管程內壓引起的軸向力通過管箱壓蓋和螺紋鎖緊環而由管箱本體承受，管箱通過螺紋鎖緊環上的外圈壓緊螺栓來壓緊外密封墊圈來實現密封[1]，對于操作條件苛刻、介質成份復雜的工況來說，選用螺紋鎖緊環換熱器是合適的。
1、 換熱器的設計參數（見表1）
表1 換熱器設計參數
2、 設備選材
根據換熱器的設計參數，依據Nelson曲線，設備本體受壓材質選擇12Cr2Mo1V鍛鋼，內部有不銹鋼堆焊層，堆焊材料為E309L+E347，堆焊層厚度為3+3.5mm，堆焊層能耐硫化氫腐蝕。
3、 設備結構
螺紋鎖緊環換熱器結構示意圖(見圖1)
圖1 螺紋鎖緊環換熱器結構示意圖
螺紋鎖緊環換熱器密封結構示意圖（見圖2）：
圖2 螺紋鎖緊環換熱器密封結構圖
1-管板墊片；2-管板；3-內套筒墊片；4-內套筒；5-頂壓螺栓墊環；6-頂壓螺栓；7-承壓環；8-套筒；9-上分合環；10-大壓環；11-外密封墊圈；12-密封盤；13-外壓圈；14-內壓圈；15-外壓桿；16-內壓桿；17-螺紋鎖緊環；18-外圈壓緊螺栓；19-內圈壓緊螺栓；20-管箱壓蓋。
展開 新型浮頭式換熱器浮頭端結構，它包括圓筒、外頭蓋側法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成。
浮頭式換熱器的詳細結構
新型浮頭式換熱器浮頭端結構，它包括圓筒、外頭蓋側法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側法蘭內側面設凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側鉆孔并套絲或焊設多個螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通。
浮頭式換熱器結構示意圖
鉤圈式浮頭的結構
浮頭式換熱器浮頭端結構由圓筒、外頭蓋側法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成。鉤圈式浮頭的詳細結構見下圖所示。
鉤圈式浮頭的詳細結構
鉤 圈
鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要的作用。鉤圈一般都是對開式結構，要求密封可靠，結構簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。
GB151 給出了兩種型式的鉤圈，即A 型鉤圈和B 型鉤圈。見下圖。
A 型鉤圈特點
A 型鉤圈的底部距浮動管板較遠，使得浮頭端殼程介質的死角增大，減少管束的有效傳熱面積。且A 型鉤圈的厚度比B 型鉤圈厚，上緊雙頭螺柱也比B 型長，穩定性差。
展開 浮頭式換熱器的詳細結構
新型浮頭式換熱器浮頭端結構，它包括圓筒、外頭蓋側法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側法蘭內側面設凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側鉆孔并套絲或焊設多個螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通。
浮頭式換熱器結構示意圖
鉤圈式浮頭的結構
浮頭式換熱器浮頭端結構由圓筒、外頭蓋側法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成。鉤圈式浮頭的詳細結構見下圖所示。
鉤圈式浮頭的詳細結構
鉤 圈
鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要的作用。鉤圈一般都是對開式結構，要求密封可靠，結構簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。
GB151 給出了兩種型式的鉤圈，即A 型鉤圈和B 型鉤圈。見下圖。
A 型鉤圈特點
A 型鉤圈的底部距浮動管板較遠，使得浮頭端殼程介質的死角增大，減少管束的有效傳熱面積。且A 型鉤圈的厚度比B 型鉤圈厚，上緊雙頭螺柱也比B 型長，穩定性差。
B 型鉤圈的特點
B 型鉤圈為國外引進型式，其特點是浮頭管板和鉤圈的斜槽采用不同傾角，在上緊雙頭螺柱時間隙將消失而使管板對鉤圈起到支撐并控制鉤圈轉角的作用，即保證了螺栓的彎曲變形在允許范圍內，又保證了有效密封的作用。
展開 浮頭端設計成可拆結構，使管束可以容易地插入或抽出（也有設計成不可拆的），這樣為檢修、清洗提供了方便。但結構較復雜，而且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。
浮頭式換熱器適用于管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結垢的場合。但這類換熱器結構復雜，笨重，造價約比固定管板式高20%左右，材料消耗量大。管束和殼體的間隙較大，故流體易走短路而影響傳熱效果，在設計時要盡量避免這一短路。至于殼程的壓力也受到滑動接觸面的密封限制。
圖3 AES、BES浮頭式換熱器
3.U型管式換熱器
U型管式換熱器如圖4和圖5所示，U型管式換熱器僅有一塊管板。它是將管子彎成U型，管子兩端固定在同一塊管板上。由于殼體和管子分開，管束可以自由伸縮，不會因管壁、殼壁之間的溫度差而產生熱應力，熱補償性能好。管程為雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能好，承壓能力強。因U型管式換熱器僅有一塊管板，且無浮頭，所以結構簡單，造價比其他換熱器便宜，管束可以從殼體內抽出，管外便于清洗，但管內清洗困難，所以管內的流體必須是清潔及不易結垢的物料。由于傳熱管的結構型式關系，管子的更換除外側管了外，內部管子大部分不可能更換，管束中心部分存在間隙，所以流體易走短路，影響傳熱效果，故通常在此處設有假管或中間擋板（見圖4）以減少這一流動死區。而且管板上排列的管子較少，結構不緊湊。U型管的彎管部分曲率不同，管子長度不一，因而物料分布不如固定管板式換熱器均勻。管子因滲漏而堵死后，將造成傳熱面積的損失。
圖4 BIU U型管式換熱器
圖5 雙売程U型管式換熱器（AFU）
1一盤環形折流板環板；2一盤環形折流板盤板；3一縱向隔板；
4一換熱管；5一管箱；6-分程隔板；7一定距管；8一拉桿
U型管式換熱器，一般使用于高溫高壓的情況下。
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此外，由于兩相的協同作用，合金表現出較低的熱膨脹，有利于磁制冷換熱過程中保持結構的穩定性。兩磁相之間的耦合作用可以拓寬制冷溫度范圍，減小磁滯。
04
提高非晶合金磁熱性能瓶頸
Shao, L., Luo, Q., Zhang, M. et al.
該隔熱導熱結構包括換熱結構和隔熱層，所述隔熱層形成相背設置的兩個表面，所述換熱結構布設于所述隔熱層的至少其中一個所述表面，所述換熱結構用于與電芯單體進行熱交換。
張子琦對熱泵空調系統的傳熱結構進行了研究，通過優化換熱結構能改善系統的能耗。
曹曉玉通過AMEsim軟件建立空調系統模型，研究發現環境溫度對系統能耗有較大的影響。朱波等利用電機余熱作為輔助熱源，通過優化加熱器的控制策略得到了較低的系統能耗。楊君提出水暖PTC加熱器功率的自動化線性調節，通過精確化控制精度降低能耗。
此外，微通道平行流換熱器具有結構緊湊、制冷劑充注量少、傳熱性能好的優點，目前主要應用于汽車空調、小型制冷設備等。因此，采用微通道并流換熱器作為LHP的蒸發段和冷凝段是一種新型高效的散熱方式，具有良好的散熱效果。在充電站、數據中心等封閉機柜散熱領域具有較高的應用前景。
圖2 換熱器結構圖
該受力問題可以簡化為如下有限元分析模型：
1）采用梁單元。
2）固定端，約束所有自由度；簡支約束垂直軸線的位移以及繞軸線的轉動。
3）兩端均簡支時一端約束軸向位移。
4）非軸向位移約束端施加軸向應力1 MPa的的集中力。
（3）對分餾塔頂換熱器的腐蝕，需要重點做好"三注"工藝防腐措施，換熱器結構上可加大接管直徑、采用外導流措施降低流速來減緩腐蝕。需保證并聯的各換熱器流量基本一致，防止出現偏流。
（4）解吸塔底重沸器殼體建議更換為帶蒸發空間的殼體，以減緩液體在管束表面沸騰引起的沖蝕。
從結晶溶劑、添加劑的選擇等物系本身的化學性質到結晶方式、結晶器的形式的選擇，再到結晶器的結構、大小、流體力學、換熱器的結構、形式、泵及攪拌槳等等。
這里主要介紹一下對于特定的體系如何選擇合適的結晶方式，是溶液結晶還是熔融結晶？是蒸發結晶、冷卻結晶、真空冷卻結晶？
浮頭式換熱器結構示意圖
鉤圈式浮頭的結構
浮頭式換熱器浮頭端結構由圓筒、外頭蓋側法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成。鉤圈式浮頭的詳細結構見下圖所示。
（四）基于增材制造的結構創新與新材料發明
面向能源領域發展需求，基于增材制造技術的創新設計將顯著縮小換熱器結構，支持小型化、模塊化、可移動的核電小堆裝備工程化開發，為核電安全性提升及潛在的電力供應安全提供保障；研究堆芯燃料組件、核主泵、換熱器、熱電轉換等關鍵結構的創新設計，新材料及相應的增材制造技術，探索增材制造在線增強增韌技術，提高增材制件的復雜工況服役性能，超前布局并構建核電行業增材制造標準及質量評價體系
