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耐腐蝕列管換熱設(shè)備:工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵熱交換解決方案

來源:山東擎雷環(huán)境科技股份有限公司   2025年08月09日 15:35  
一、工作原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(一)工作原理

耐腐蝕列管換熱設(shè)備的工作基于熱傳導(dǎo)和對(duì)流原理。設(shè)備主要由殼體、管板、換熱管、封頭和折流擋板等部件組成。熱流體在管內(nèi)流動(dòng),冷流體在管外(殼程)流動(dòng),熱量通過換熱管壁從高溫側(cè)傳遞到低溫側(cè)。具體而言,熱傳導(dǎo)過程中,熱量依靠分子的熱運(yùn)動(dòng)從溫度較高的流體通過管壁傳遞至溫度較低的流體;對(duì)流則是通過流體的流動(dòng),加速熱量在流體內(nèi)部的傳遞以及在管壁與流體之間的傳遞。通過合理設(shè)計(jì)管程和殼程的流體流速、流向以及換熱管的排列方式,可以有效提高熱交換效率。

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(二)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  1. 核心部件

    • 殼體:作為設(shè)備的外部保護(hù)結(jié)構(gòu),為內(nèi)部管束提供支撐,同時(shí)承受一定的壓力和溫度,確保設(shè)備的整體性和安全性。

    • 管板:用于固定換熱管,將管程和殼程的流體分隔開來,保證流體在各自的通道內(nèi)有序流動(dòng),防止泄漏。管板與換熱管的連接方式通常有焊接、脹接等,要求連接牢固且密封性能良好。

    • 換熱管:是實(shí)現(xiàn)熱量交換的核心元件,采用耐腐蝕材料制造。其管徑、長度、數(shù)量以及排列方式根據(jù)具體工況和熱交換需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。常見的排列方式有正三角形排列、正方形排列等,不同排列方式對(duì)流體的流速、傳熱系數(shù)和壓降有不同影響。

    • 封頭:安裝在殼體兩端,起到封閉設(shè)備的作用,使流體在設(shè)備內(nèi)形成封閉的循環(huán)通道。封頭的形狀有橢圓形、球形等,根據(jù)設(shè)備的壓力等級(jí)和使用要求進(jìn)行選擇。

    • 折流擋板:設(shè)置在殼程內(nèi),用于引導(dǎo)殼程流體的流動(dòng)方向,增加流體的湍動(dòng)程度,提高傳熱系數(shù)。折流擋板的形式多樣,如弓形折流擋板、圓盤 - 圓環(huán)形折流擋板等,其間距和尺寸也需要根據(jù)流體性質(zhì)和換熱要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

  1. 創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    • 螺旋扁管結(jié)構(gòu):將換熱管設(shè)計(jì)成螺旋扁管形狀,這種結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)流體在管內(nèi)和管外的湍流程度,使流體形成復(fù)雜的螺旋流動(dòng),從而大幅提高傳熱系數(shù),一般可比直管結(jié)構(gòu)提升 30% - 50%。同時(shí),螺旋扁管還能有效降低污垢在管壁上的沉積,減少清洗頻率,延長設(shè)備使用壽命。

    • 多管程設(shè)計(jì):通過增加管程數(shù),使流體在管內(nèi)多次往返流動(dòng),延長了傳熱路徑,增加了流體擾動(dòng),從而提升換熱效率。多管程設(shè)計(jì)適用于冷熱流體溫差較大、熱負(fù)荷較高的工況,但需要注意合理分配各管程的流量,避免出現(xiàn)偏流現(xiàn)象。

    • 大孔徑折流擋板:采用大孔徑的折流擋板,能夠減少流體對(duì)擋板的沖擊,降低流體流動(dòng)過程中的壓降,提高設(shè)備的整體運(yùn)行效率。同時(shí),大孔徑折流擋板還便于安裝和維護(hù),減少了因擋板損壞導(dǎo)致的設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。

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二、材料選擇與耐腐蝕性能

(一)金屬材料

  1. 不銹鋼系列

    • 316L 不銹鋼:具有良好的耐腐蝕性,尤其是對(duì)氯離子具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力,因此在氯離子環(huán)境中應(yīng)用廣泛,如氯堿工業(yè)中飽和食鹽水的換熱過程。其含有的鉬元素進(jìn)一步提高了材料的耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能。

    • 雙相鋼 2205:結(jié)合了奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn),具有較高的強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性。在濕法冶金中,對(duì)于硫酸 / 鹽酸浸出液等腐蝕性介質(zhì),雙相鋼 2205 表現(xiàn)出出色的抗點(diǎn)蝕與縫隙腐蝕性能,其耐點(diǎn)蝕當(dāng)量值(PREN)較高,能夠有效抵抗腐蝕介質(zhì)的侵蝕。

  1. 特種金屬

    • 鈦鉭合金:具有耐強(qiáng)酸腐蝕性能,特別適用于高溫濃硫酸或鹽酸等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱場景。鈦合金本身就具有良好的耐腐蝕性,而鉭元素的加入進(jìn)一步提升了材料在酸性環(huán)境下的穩(wěn)定性。例如,在某些化工生產(chǎn)過程中,需要處理高溫高濃度的硫酸,鈦鉭合金列管換熱設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行,保障生產(chǎn)的連續(xù)性。

    • 哈氏合金 C276:是一種鎳基合金,對(duì)高濃度腐蝕性有機(jī)溶劑具有出色的耐受性。在醫(yī)藥生產(chǎn)中,涉及到氯化物反應(yīng)等過程,會(huì)產(chǎn)生具有強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì),哈氏合金 C276 能夠有效應(yīng)對(duì),確保設(shè)備在復(fù)雜化學(xué)環(huán)境下的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

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