不銹鋼管式換熱器是酒精生產(chǎn)常用的一種典型換熱器,其組成部分為殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等,材質(zhì)多為不銹鋼,少數(shù)為碳鋼。管式換熱器換熱時,由一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入,在管流動,從封頭另一側(cè)的出口管流出,專業(yè)術(shù)語上為管程;另一種流體由殼體的接管進(jìn)入,從殼體上的另一接管口流出,這就是管式換熱器的原理。
一般情況下,在管壁與殼壁溫度相差50℃以上,為克服溫差應(yīng)力,安全起見,換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置(膨脹節(jié))只能用在殼壁與管壁溫差低于60~70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。
一般殼程壓強(qiáng)超過0.6Mpa時由于補(bǔ)償圈過厚,難以伸縮,失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?,就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。列管式換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜,但管外不能機(jī)械清洗。此種換熱器管束連接在管板上,管板分別焊在外殼兩端,并在其上連接有頂蓋,頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的,而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此,當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時,由于兩者的熱膨脹不同,產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力,以至管子扭彎或使管子從管板上松脫,甚至毀壞換熱器。
換熱管直徑越小,換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此,對于潔凈的流體管徑可取小些。但對于不潔凈或易結(jié)垢的流體,管徑應(yīng)取得大些,以免堵塞。考慮到制造和維修的方便,加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用和兩種規(guī)格,對一般流體是適應(yīng)的。此外,還有,φ57×2.5的無縫鋼管和φ25×2,的耐酸不銹鋼管。按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目,再根據(jù)所需傳熱面積,求得管子長度。實際所取管長應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)的鋼管長度多為6m、9m,故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有1.5,2,3,4.5,6和9m六種,其中以3m和6m更為普遍。同時,管子的長度又應(yīng)與管徑相適應(yīng),一般管長與管徑之比,即L/D約為4~6。管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比,等邊三角形排列比較緊湊,管外流體湍動程度高,表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散,傳熱效果也較差,但管外清洗方便,對易結(jié)垢流體更為適用。