天然气系统相关设备——加热换热设备

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天然气系统相关设备——加热换热设备

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文件编号：KG-AO-5675-51 天然气系统相关设备——加热换热

设备

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在天然气工业中，随时随地都会遇到热量传递的问题，例如：天然气在常温集气过程中为防止节流后形成低温而生成水合物，而需对天然气加热；在低温集气站内为了降低天然气的温度并回收冷量，需对原料气与产品气进行换热；在蒸发、精馏、干燥等单元操作中，需要按一定速率输入或输出热量以实现正常的操作等。完成以上功能的设备称为加热换热设备(统称为换热器)。

换热器种类繁多，若按其传热面的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其他型式换热器。而管型换热器又可分为管壳式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器；板型换热器可分为板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、螺旋板式换热器。其他型式换

热器是为了满足一种特殊要求而出现的换热器，如回转式换热器、热管换热器等。管壳式换热器若按功能命名又可分为冷凝器、加热器、再沸器、蒸发器、过热器等。以下介绍天然气行业中常用的几种换热器。

一、管壳式换热器

图5-10为一种最简单的管壳式换热器示意图。如图所示，它由许多管子组成管束，管束构成换热器的传热面。此类换热器又称为列管式换热器。换热器的管子固定在管板上，而管板又与外壳联接在一起。为了增加流体在管外空间的流速，以改善换热器的传热情况，在筒体内间隔安装了许多折流板。换热器的壳体和两侧管箱上开有流体的进出口，有时还在其上装设有检查孔，为安置仪表用的接口管、排液孔和排气孔等。在换热器中，一种流体从一侧管箱(称为前管箱)流进管子里，经另一侧管箱(称为后管箱)流出(对奇数单管程换热器)，或绕过管箱，流回进口侧前管箱流出(对偶数单管程换热器)，这条路径称为管程。另一种流体从筒体上的连接管进出换热器壳体，流经管束外，

这条路径称为壳程。图5-10所示即为二管程、单壳程，工程上称为1-2型换热器(1表示壳程数，2表示管程数)。

管壳式换热器是把管子与管板连接，再用壳体固定。根据其不同的连接与固定方式又可分为固定管板式、釜式浮头式、U型管式、滑动管板式、填料函式等。

1. 固定管板式换热器

固定管板换热器的两端管板，采用焊接方法与壳体连接固定，如图5-11所示。这种换热器结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑。由于两个管板被换热管互相支攫，与其他管壳式换热器相比，管板最薄，不仅造价低而且每根管子内侧都能进行清洗。但壳侧清洗较难，不能进行机械清洗，所以宜用于不易结垢的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生介质泄漏。由此可见，这种换热器适合于温差不大以及壳程结垢不严重或能用化学清洗的场合。

由于此类换热器集中了管壳式换热器的优点，因此应用相当广泛。

2. 浮头式换热器

浮头式换热器如图5-12所示。浮头式换热器针对固定管板式换热器的缺陷在结构上做了改进，两端管板只有一端与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由移动，该端称为浮头。这类换热器壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出(也有设计成不可拆的)，这样为检修、清洗提供了方便。

浮头式换热器适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合。但这类换热器结构复杂，笨重，造价约比固定管板式高20%左右，材料消耗大。

3. U型管式换热器

U型管式换热器如图5-13所示，U型管式换热器仅有一块管板。它是将管子弯成U型，管子两端固定

在同一块管板上。由于壳体和管子分开，管束可以自由伸缩，不会因管壁、壳壁之间的温度差而产生热应力，热补偿性能好。管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能好，承压能力强。因U型管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其他换热器便宜，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内的流体必须是清洁及不易结垢的物料。

U型管式换热器，一般使用于高温高压的情况下。尤其使用在压力较高的情况下，在弯管段壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。

4. 填料函式换热器

对于一些腐蚀严重，温差较大而经常要更换管束的垮热器，采用填料函式换热器要比浮头式或固定式换热器优越得多。它具有浮头式换热器的优点，又克服了固定式换热器的缺点，结构较浮头简单，制造方便，易于检修清洗。

填料函式换热器的管板也仅有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封，如图5-14所示，它的管束也可以自由膨胀，所以也不需考虑由于管壁、壳壁温度差引起的热应力，且管程和壳程都能清洗，加工制造较浮头方便，且造价较低。但由于填料密封处易于泄漏，故壳程压力不能过高，也不易用于壳程内为易挥发、易燃、易爆和有毒介质的场合。

目前所使用的填料函式换热器都较小，使用在直径700mm以下，大直径填料函式换热器采用得很少，尤其在操作压力及温度较高的条件下就更少。 5. 折流杆式换热器

折流杆式换热器是一种壳体内的折流元件由一系列细小的折流杆组成的管壳式换热器。这些细小的折流杆相互平行以一定的间距焊在由棒材或杆材制成的外环上形成折流圈，如图5-15所示。每一根折流圈相隔一定距离按一定的排列分别焊接或用普通的定距管固定于拉杆上形成图5-16所示的折流杆网络。这些折