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耐腐蝕列管換熱設備:工業領域的關鍵熱交換解決方案

來源:山東擎雷環境科技股份有限公司   2025年08月09日 15:35  
一、工作原理與結構設計

(一)工作原理

耐腐蝕列管換熱設備的工作基于熱傳導和對流原理。設備主要由殼體、管板、換熱管、封頭和折流擋板等部件組成。熱流體在管內流動,冷流體在管外(殼程)流動,熱量通過換熱管壁從高溫側傳遞到低溫側。具體而言,熱傳導過程中,熱量依靠分子的熱運動從溫度較高的流體通過管壁傳遞至溫度較低的流體;對流則是通過流體的流動,加速熱量在流體內部的傳遞以及在管壁與流體之間的傳遞。通過合理設計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)結構設計

  1. 核心部件

    • 殼體:作為設備的外部保護結構,為內部管束提供支撐,同時承受一定的壓力和溫度,確保設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有序流動,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:是實現熱量交換的核心元件,采用耐腐蝕材料制造。其管徑、長度、數量以及排列方式根據具體工況和熱交換需求進行優化設計。常見的排列方式有正三角形排列、正方形排列等,不同排列方式對流體的流速、傳熱系數和壓降有不同影響。

    • 封頭:安裝在殼體兩端,起到封閉設備的作用,使流體在設備內形成封閉的循環通道。封頭的形狀有橢圓形、球形等,根據設備的壓力等級和使用要求進行選擇。

    • 折流擋板:設置在殼程內,用于引導殼程流體的流動方向,增加流體的湍動程度,提高傳熱系數。折流擋板的形式多樣,如弓形折流擋板、圓盤 - 圓環形折流擋板等,其間距和尺寸也需要根據流體性質和換熱要求進行合理設計。

  1. 創新結構設計

    • 螺旋扁管結構:將換熱管設計成螺旋扁管形狀,這種結構能夠增強流體在管內和管外的湍流程度,使流體形成復雜的螺旋流動,從而大幅提高傳熱系數,一般可比直管結構提升 30% - 50%。同時,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,延長設備使用壽命。

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

    • 大孔徑折流擋板:采用大孔徑的折流擋板,能夠減少流體對擋板的沖擊,降低流體流動過程中的壓降,提高設備的整體運行效率。同時,大孔徑折流擋板還便于安裝和維護,減少了因擋板損壞導致的設備故障風險。

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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,尤其是對氯離子具有較強的抗腐蝕能力,因此在氯離子環境中應用廣泛,如氯堿工業中飽和食鹽水的換熱過程。其含有的鉬元素進一步提高了材料的耐點蝕和縫隙腐蝕性能。

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

  1. 特種金屬

    • 鈦鉭合金:具有耐強酸腐蝕性能,特別適用于高溫濃硫酸或鹽酸等強腐蝕性介質的換熱場景。鈦合金本身就具有良好的耐腐蝕性,而鉭元素的加入進一步提升了材料在酸性環境下的穩定性。例如,在某些化工生產過程中,需要處理高溫高濃度的硫酸,鈦鉭合金列管換熱設備能夠穩定運行,保障生產的連續性。

    • 哈氏合金 C276:是一種鎳基合金,對高濃度腐蝕性有機溶劑具有出色的耐受性。在醫藥生產中,涉及到氯化物反應等過程,會產生具有強腐蝕性的介質,哈氏合金 C276 能夠有效應對,確保設備在復雜化學環境下的長期穩定運行。

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