浮頭式換熱器

浮頭式換熱器，兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自由移動，稱為浮頭。浮頭由浮動管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會產生熱應力。其優點是管間與管內清洗方便，不會產生熱應力；但其結構復雜，造價比固定管板式換熱器高，設備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時對密封要求較高。適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質易結垢的場合。

浮頭式換熱器簡介：

浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應力。

浮頭式換熱器結構：

在凹型和梯型凹槽之間鉆孔并套絲或焊設多個螺桿均布，設浮頭法蘭為凸型和梯型凸臺雙密封，分程隔板與梯型凸臺相通并位于同一端面的寬面法蘭，且凸型和梯型凸臺及分程隔板分別與浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相對應匹配，該浮頭法蘭與無折邊球面封頭組配焊接為浮頭蓋，其法蘭螺孔與浮頭管板的絲孔或螺桿相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其墊片，該結構必要時可適當加大浮頭管板的厚度和直徑及圓筒的內徑，同時相應變更加大相關零部件的尺寸；另配置一無外力輔助鋼圈，其圈體內徑大于浮頭管板外徑，鋼圈一端設法蘭與外頭蓋側法蘭內側面凹型或梯型密封面連接并密封，另一端設法蘭或其他結構與浮頭管板原凹型槽及其墊片或外圓密封。

連續螺旋折流板換熱器，就是將管殼式換熱器中用以控制流體運動方向的弓形折流板取消，取而代之的是連續螺旋折流板，殼中的連續螺旋板使得流體沿一個連續不間斷的、無漏流的曲面運動，這是管殼式換熱器殼程流體運動的一次革命。

管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構簡單、造價低、流通截面較寬、易于清洗水垢，是石油、化工、制冷、冶金及動力等工業生產過程的主要工藝設備之一。管殼式換熱器主要有固定管板式、U形管式、浮頭式、填料函式等，不管哪種管殼式換熱器，基本都是由殼體、換熱管、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。其中，折流板是管殼式換熱器的必需部件，它設置在殼程，不僅為換熱管提供支撐，還使殼程介質按特定的通道流動以提高傳熱性能。弓形和圓盤-圓環形折流板是管殼式換熱器中應用普遍的折流板，其成形簡單、開孔容易，但是由于殼程壓降大、有流動滯死區、易結垢、傳熱效率等缺陷，近年來逐漸被螺旋折流板所取代。螺旋折流板可分為連續螺旋折流板和非連續螺旋折流板（又叫搭接螺旋折流板），其區別在于連續螺旋折流板為標準的螺旋曲面，而非連續螺旋折流板一般由若干個1/4的扇形平面板替代曲面相間連接，形成與主軸線成一定角度的近似螺旋平面。連續螺旋折流板換熱器具備以下特點：一是傳熱效率大大提高，節能效果顯著。二是不會有沉淀物產生。三是結垢少，甚至沒有結垢。四是換熱管無支持跨距小，能有效地防止換熱管的振動。

湖北宜化集團化工機械設備制造安裝有限公司提供一種連續螺旋折流板管殼式換熱器，由多個螺旋板片組合成封閉流道連續型螺旋折流板換熱器，其有益效果在于螺旋折流板中心孔小，殼程換熱面積利用率更高，且加工工序簡單、精度高、速度快，適合工業化生產。公司解決技術問題的技術方案是：一種連續螺旋折流板管殼式換熱器，包括連續螺旋折流板1、換熱管2、折流板固定組件3、殼體4、管板5、殼體接管6、管箱7、管箱接管8，其特征在于：1.螺旋面為直紋曲面；2.曲面各處法向等厚；3.直紋曲面螺旋折流板開孔前處處連續；4.螺旋折流板從旋轉中心到外徑連續，中間無斷開；5.無論螺旋折流板外直徑多么大，中心孔螺旋線都趨向于直線；6.折流板管孔在管板平面上的投影為正圓形，且靠近中軸線處的大傾斜角度位置也嚴格按尺寸開孔。

理論上單殼程管殼式換熱器均可采用連續螺旋折流板結構，經測算，螺旋折流板換熱器與相同規格的傳統弓形折流板換熱器對比，具有4大優點：殼程傳熱效率提高20～50%，殼程阻力降降低了10～30%；殼程結垢速率平均降低50%以上；振動改善超過10%。

連續螺旋折流板1由多塊螺旋旋轉角度為90～360度螺旋板片拼接而成，拼接處可焊接連接，或用緊固件連接，或不連接。換熱管2的外徑大于等于10mm，小于等于57mm，螺旋折流板1通過折流板固定組件3固定。折流板固定組件3可以采用拉桿、定距管結構，或采用型材定距機構或型材與螺旋折流板焊接固定，或采用拉桿、定距管與型材相組合的結構。連續螺旋折流板1的管孔對著管板5的投影為正圓，且投影圓直徑不大于換熱管2外徑加1mm。連續螺旋折流板1的內孔直徑數值小于螺距數值的1/2。連續螺旋折流板1的內孔可以作為換熱管2的管孔，或者設置實心管，或者設置空心管，或者留空。連續螺旋折流板1的外徑在100~2000mm之間，螺距在20~500mm之間，厚度在2～30mm之間。螺旋折流板1內徑與外徑之間為一塊整板，且具有連續平滑的螺旋面。連續螺旋折流板1端面與管板5可貼合，或留下小于一個螺距的間隙，或在螺旋折流板1端面與管板5之間連接一塊擋板。

連續螺旋折流板換熱器的加工攻克了多個加工技術難題：1.螺旋基板的成型；2.管孔的加工，特別是靠近軸心處；3.管孔加工的定位控制；4.螺旋折流板整體的同心度。該技術成果的引進與轉化，將實現連續螺旋折流板換熱器產品的批量生產，從而推動換熱器智能制造，進而推動壓力容器智能制造，進一步提升宜化化機品牌形象，增強核心競爭力，促進企業轉型升級，實現高質量發展。

浮頭式換熱器設計要求：

隨著經濟的發展，各種不同型式和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發展的需要，中國對某些種類的換熱器已經建立了標準，形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求：

（1） 合理地實現所規定的工藝條件；

（2） 結構安全可靠；

（3） 便于制造、安裝、操作和維修；

（4） 經濟上合理。

浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內自由浮動，殼體和管束對膨脹是自由的，故當兩種介質的溫差較大時，管束和殼體之間不產生溫差應力。浮頭端設計成可拆結構，使管束能容易的插入或抽出殼體。（也可設計成不可拆的）。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結構較復雜，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密封。

浮頭換熱器的浮頭部分結構，按不同的要求可設計成各種形式，除必須考慮管束能在設備內自由移動外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。

在設計時必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應小于殼體內徑Di，一般推薦浮頭管板與殼體內壁的間隙b1=3~5mm。這樣，當浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配，所以在設計中應考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。

鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要作用。隨著浮頭式換熱器的設計、制造技術的發展，以及長期以來使用經驗的積累，鉤圈的結構形式也得到了不段的改進和完善。

鉤圈一般都為對開式結構，要求密封可靠，結構簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。

浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性，在長期使用過程中積累了豐富的經驗，不斷促進了自身的發展。故迄今為止在各種換熱器中仍占主導地位。

浮頭式換熱器優缺點：

優點

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；

（2）介質間溫差不受限制；

（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕；

（4）可用于結垢比較嚴重的場合；

（5）可用于管程易腐蝕場合。 

缺點

（1）小浮頭易發生內漏；

（2）金屬材料耗量大，成本高20%；

（3）結構復雜

浮頭式換熱器制造工藝：

選取換熱設備的制造材料及牌號，進行材料的化學成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進行矯形，方法包括手工矯形，機械矯形及火焰矯形。

備料－－劃線－－切割－－邊緣加工（探傷）－－成型－－組對－－焊接－－焊接質量檢驗－－組裝焊接－－壓力試驗

浮頭式換熱器質量檢驗：

化工設備不僅在制造之前對原材料進行檢驗，而且在制造過程中要隨時進行檢查。

浮頭式換熱器特點：

浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內自由移動，這個特點在現場能看出來。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內。其缺點是結構復雜，造價高（比固定管板高20%），在運行中浮頭處發生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質易結垢的條件。

浮頭式換熱器故障及對策：

在生產過程中，由于浮頭式換熱器的管板受水分沖刷、氣蝕和微量化學介質的腐蝕，管板焊縫處經常出現滲漏，導致水和化工材料出現混合，生產工藝溫度難以控制，致使生成其它產品，嚴重影響產品質量，降低產品等級。冷凝器管板焊縫滲漏后，企業通常利用傳統補焊的方法進行修復，管板內部易產生內應力，且難以消除，致使其它換熱器出現滲漏，企業通過打壓，檢驗設備修復情況，反復補焊、實驗，2～4人需要幾天時間才能修復完成，使用幾個月后管板焊縫再次出現腐蝕，給企業帶來人力、物力、財力的浪費，生產成本的增加。通過高分子復合材料的耐腐蝕性和抗沖刷性，通過提前對新換熱器的保護，這樣不僅有效治理了新換熱器存在的焊縫和砂眼問題，更避免了使用后化學物質腐蝕換熱器金屬表面和焊接點，在以后的定期維修時，也可以涂抹高分子復合材料來保護裸露的金屬；即使使用后出現了滲漏現象，也可以通過技術及時修復，避免了長時間的堆焊維修影響生產。正是由于此種精細化的管理，才使得換熱器滲漏問題出現的概率大大降低，不僅降低了換熱器的設備采購成本，更保證了產品質量、生產時間，提高了產品競爭力。