列管式换热器作为一种常见的间壁式换热器,在工业领域应用广泛,它具有一系列优点和缺点:
优点
传热效率较高:管束提供了较大的传热面积,使两种流体能够在较大的接触面积上进行热量交换。并且通过合理设计管程和壳程的结构以及流速,可以使两种流体呈逆流或错流流动,这有利于提高传热的平均温差,从而提升传热效率。
结构紧凑:在单位体积内能够布置较多的换热管,相比于其他一些类型的换热器,在相同的换热能力下,列管式换热器的占地面积和空间体积相对较小,适合在空间有限的场所安装使用。
适应性强:可以根据不同的工艺要求和操作条件进行灵活设计。例如,通过选择不同的管材(如碳钢、不锈钢、铜等)来适应不同性质的流体(如腐蚀性流体、高温流体等);可以调整管子的直径、长度、数量以及排列方式,以满足不同的换热需求和流体流量要求。
操作弹性大:在一定范围内能够适应流体流量、温度、压力等操作条件的变化。即使工艺参数出现一定波动,列管式换热器仍能保持相对稳定的换热性能,不会对整个工艺流程产生较大影响,这使得它在不同的生产工况下都能可靠运行。
易于制造和维护:列管式换热器的结构相对简单,制造工艺成熟,零部件的标准化程度较高,因此制造成本相对较低。而且在维护方面,管束可以整体抽出进行检查、清洗或更换,维修较为方便,能够有效降低设备的维修成本和停机时间。
缺点
管内清洗困难:对于一些易结垢、含有固体颗粒或粘性较大的流体,在换热管内形成的污垢很难彻底清除。特别是对于 U 形管或多管程的列管式换热器,由于管子内部空间狭窄且形状复杂,清洗工具难以到达所有部位,导致清洗效果不佳,影响换热器的传热效率和使用寿命。
存在泄漏风险:列管式换热器有较多的连接部位,如管板与管子的连接处、封头与壳体的连接部位等。在高温、高压、振动或介质具有腐蚀性等恶劣工况下,这些密封部位容易出现泄漏现象。一旦发生泄漏,不仅会造成热量损失和物料浪费,还可能引发安全事故,对生产环境和人员安全构成威胁。
热应力问题:当管程和壳程两种流体的温差较大时,由于管子和壳体的热膨胀程度不同,会在设备内部产生较大的热应力。这种热应力可能导致管子变形、管板损坏或连接处泄漏等问题。为了补偿热膨胀,需要采用一些特殊的结构设计(如浮头式、U 形管式等),但这些结构会增加设备的复杂性和成本。
流体阻力较大:流体在管程和壳程中流动时,需要克服管束和壳体等部件带来的阻力。尤其是当流速较高或管子排列较紧密时,流体阻力会显著增加,这不仅需要额外的动力来输送流体,增加了运行成本,还可能限制流体的流量和流速,影响换热器的换热效果。