U型管換熱器菏澤花王壓力容器股份有限公司

一、基本結構與組成

殼體：為圓柱形外殼，其作用是容納管束和殼程流體。

U 型管束：由多根 U 形金屬管構成，常見的金屬材料有不銹鋼、銅、鈦合金等。這些 U 形管兩端固定在同一管板上，從而形成管程流道。

管板：起到固定管束的作用，并且與殼體連接，能夠有效分隔管程和殼程。

管箱（封頭）：位于殼體兩端，主要功能是分配和收集管程流體。

折流板：設置在殼體內(nèi)的擋板，能夠增強殼程流體的湍流程度，進而提高傳熱效率。

二、工作原理

管程流體：從管箱進入 U 型管，流經(jīng) U 形管后返回管程另一端的管箱。

殼程流體：在殼體內(nèi)沿著折流板迂回流動，與管程流體通過管壁進行熱交換。

熱補償特性：U 型管一端固定，另一端可自由伸縮，這樣可以避免因溫度變化而引起的熱應力問題。

三、主要優(yōu)點

適應熱膨脹：U 型結構能夠自動補償溫差變形，無需安裝膨脹節(jié)。

耐高壓高溫：結構相對簡單，密封點少，適合在高壓工況下使用。

便于維護：管束可以整體抽出進行清洗或更換（這是固定管板式換熱器所不具備的特點）。

成本較低：與浮頭式換熱器相比，結構更為簡單，制造成本低。

四、缺點與限制

管程清洗困難：U 型管內(nèi)側彎曲段容易積垢，進行機械清洗的難度較大。

管程流速受限：每根 U 型管為雙流程，流速較低，可能會影響傳熱效率。

管板利用率低：U 型管在管板上呈同心圓排布，導致中心區(qū)域難以布置管道。

單管損壞難維修：若單根 U 型管出現(xiàn)泄漏情況，通常需要進行堵管處理或更換整個管束。

五、典型應用場景

高溫高壓工況：例如煉油廠加氫裝置、蒸汽發(fā)生器等。

溫差較大場合：當管程與殼程溫差超過 50℃時，優(yōu)先選用 U 型管換熱器。

易結垢流體：殼程適合走易結垢介質(zhì)（如冷卻水），便于進行清洗操作。

腐蝕性介質(zhì)：對于強腐蝕性流體，可采用貴金屬材料（如鈦管）制作換熱器。

六、選型與設計注意事項

流體分配：臟污或高粘度流體適合走殼程（便于清洗），腐蝕性或高壓流體走管程。

管程數(shù)選擇：通常管程數(shù)為偶數(shù)流程（如 2 程或 4 程），需要平衡壓降與傳熱系數(shù)之間的關系。

材料匹配：根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性來選擇合適的管材，如海水環(huán)境下可使用鈦管，酸液可使用哈氏合金。

振動防護：在高流速殼程需要設置防振結構，以避免 U 型管發(fā)生共振破裂的情況。

七、維護與故障處理

泄漏檢測：定期進行試壓操作，若發(fā)現(xiàn)管板處有泄漏，應及時進行堵管處理。

除垢方法：可采用化學清洗（如酸洗、堿洗）或高壓水射流清洗殼程的方式進行除垢。

防凍措施：在寒冷環(huán)境下停機時，要排凈存液，防止 U 型管凍裂。

八、與其他換熱器的對比

總結

U 型管換熱器憑借其獨特的熱補償能力和高壓適應性，成為許多苛刻工況的首選設備。盡管存在管程清洗困難等問題，但在設計合理、選材得當?shù)那闆r下，仍是高效可靠的傳熱設備。在實際應用中，需要結合具體工藝參數(shù)（溫度、壓力、介質(zhì)特性）進行優(yōu)化設計。