浮头式换热器

浮头式换热器，两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。其优点是管间与管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。

浮头式换热器简介：

浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，消除了温差应力。

浮头式换热器结构：

在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，设浮头法兰为凸型和梯型凸台双密封，分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰，且凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配，该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖，其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片，该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径，同时相应变更加大相关零部件的尺寸；另配置一无外力辅助钢圈，其圈体内径大于浮头管板外径，钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封，另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封。

连续螺旋折流板换热器，就是将管壳式换热器中用以控制流体运动方向的弓形折流板取消，取而代之的是连续螺旋折流板，壳中的连续螺旋板使得流体沿一个连续不间断的、无漏流的曲面运动，这是管壳式换热器壳程流体运动的一次革命。

管壳式换热器又称列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢，是石油、化工、制冷、冶金及动力等工业生产过程的主要工艺设备之一。管壳式换热器主要有固定管板式、U形管式、浮头式、填料函式等，不管哪种管壳式换热器，基本都是由壳体、换热管、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。其中，折流板是管壳式换热器的必需部件，它设置在壳程，不仅为换热管提供支撑，还使壳程介质按特定的通道流动以提高传热性能。弓形和圆盘-圆环形折流板是管壳式换热器中应用普遍的折流板，其成形简单、开孔容易，但是由于壳程压降大、有流动滞死区、易结垢、传热效率等缺陷，近年来逐渐被螺旋折流板所取代。螺旋折流板可分为连续螺旋折流板和非连续螺旋折流板（又叫搭接螺旋折流板），其区别在于连续螺旋折流板为标准的螺旋曲面，而非连续螺旋折流板一般由若干个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接，形成与主轴线成一定角度的近似螺旋平面。连续螺旋折流板换热器具备以下特点：一是传热效率大大提高，节能。二是不会有沉淀物产生。三是结垢少，甚至没有结垢。四是换热管无支持跨距小，能有效地防止换热管的振动。

湖北宜化集团化工机械设备制造安装有限公司提供一种连续螺旋折流板管壳式换热器，由多个螺旋板片组合成封闭流道连续型螺旋折流板换热器，其有益效果在于螺旋折流板中心孔小，壳程换热面积利用率更高，且加工工序简单、精度高、速度快，适合工业化生产。公司解决技术问题的技术方案是：一种连续螺旋折流板管壳式换热器，包括连续螺旋折流板1、换热管2、折流板固定组件3、壳体4、管板5、壳体接管6、管箱7、管箱接管8，其特征在于：1.螺旋面为直纹曲面；2.曲面各处法向等厚；3.直纹曲面螺旋折流板开孔前处处连续；4.螺旋折流板从旋转中心到外径连续，中间无断开；5.无论螺旋折流板外直径多么大，中心孔螺旋线都趋向于直线；6.折流板管孔在管板平面上的投影为正圆形，且靠近中轴线处的大倾斜角度位置也严格按尺寸开孔。

理论上单壳程管壳式换热器均可采用连续螺旋折流板结构，经测算，螺旋折流板换热器与相同规格的传统弓形折流板换热器对比，具有4大优点：壳程传热效率提高20～50%，壳程阻力降降低了10～30%；壳程结垢速率平均降低50%以上；振动改善超过10%。

连续螺旋折流板1由多块螺旋旋转角度为90～360度螺旋板片拼接而成，拼接处可焊接连接，或用紧固件连接，或不连接。换热管2的外径大于等于10mm，小于等于57mm，螺旋折流板1通过折流板固定组件3固定。折流板固定组件3可以采用拉杆、定距管结构，或采用型材定距机构或型材与螺旋折流板焊接固定，或采用拉杆、定距管与型材相组合的结构。连续螺旋折流板1的管孔对着管板5的投影为正圆，且投影圆直径不大于换热管2外径加1mm。连续螺旋折流板1的内孔直径数值小于螺距数值的1/2。连续螺旋折流板1的内孔可以作为换热管2的管孔，或者设置实心管，或者设置空心管，或者留空。连续螺旋折流板1的外径在100~2000mm之间，螺距在20~500mm之间，厚度在2～30mm之间。螺旋折流板1内径与外径之间为一块整板，且具有连续平滑的螺旋面。连续螺旋折流板1端面与管板5可贴合，或留下小于一个螺距的间隙，或在螺旋折流板1端面与管板5之间连接一块挡板。

连续螺旋折流板换热器的加工攻克了多个加工技术难题：1.螺旋基板的成型；2.管孔的加工，特别是靠近轴心处；3.管孔加工的定位控制；4.螺旋折流板整体的同心度。该技术成果的引进与转化，将实现连续螺旋折流板换热器产品的批量生产，从而推动换热器智能制造，进而推动压力容器智能制造，进一步提升宜化化机品牌形象，增强核心竞争力，促进企业转型升级，实现高质量发展。

浮头式换热器设计要求：

随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，中国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：

（1） 合理地实现所规定的工艺条件；

（2） 结构安全可靠；

（3） 便于制造、安装、操作和维修；

（4） 经济上合理。

浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。

浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。

在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。

钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着浮头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。

钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。

浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验，不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中仍占主导地位。

浮头式换热器优缺点：

优点

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程；

（2）介质间温差不受限制；

（3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小于等于6.4兆帕；

（4）可用于结垢比较严重的场合；

（5）可用于管程易腐蚀场合。 

缺点

（1）小浮头易发生内漏；

（2）金属材料耗量大，成本高20%；

（3）结构复杂

浮头式换热器制造工艺：

选取换热设备的制造材料及牌号，进行材料的化学成分检验，机械性能合格后，对钢板进行矫形，方法包括手工矫形，机械矫形及火焰矫形。

备料--划线--切割--边缘加工（探伤）--成型--组对--焊接--焊接质量检验--组装焊接--压力试验

浮头式换热器质量检验：

化工设备不仅在制造之前对原材料进行检验，而且在制造过程中要随时进行检查。

浮头式换热器特点：

浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。

浮头式换热器故障及对策：

在生产过程中，由于浮头式换热器的管板受水分冲刷、气蚀和微量化学介质的腐蚀，管板焊缝处经常出现渗漏，导致水和化工材料出现混合，生产工艺温度难以控制，致使生成其它产品，严重影响产品质量，降低产品等级。冷凝器管板焊缝渗漏后，企业通常利用传统补焊的方法进行修复，管板内部易产生内应力，且难以消除，致使其它换热器出现渗漏，企业通过打压，检验设备修复情况，反复补焊、实验，2～4人需要几天时间才能修复完成，使用几个月后管板焊缝再次出现腐蚀，给企业带来人力、物力、财力的浪费，生产成本的增加。通过高分子复合材料的耐腐蚀性和抗冲刷性，通过提前对新换热器的保护，这样不仅有效治理了新换热器存在的焊缝和砂眼问题，更避免了使用后化学物质腐蚀换热器金属表面和焊接点，在以后的定期维修时，也可以涂抹高分子复合材料来保护裸露的金属；即使使用后出现了渗漏现象，也可以通过技术及时修复，避免了长时间的堆焊维修影响生产。正是由于此种精细化的管理，才使得换热器渗漏问题出现的概率大大降低，不仅降低了换热器的设备采购成本，更保证了产品质量、生产时间，提高了产品竞争力。