強化傳熱的主要途徑是提高傳熱系數、擴大傳熱面積和增大傳熱溫差等方式,其中提高傳熱系數是強化傳熱的重點,主要是通過強化管程傳熱和殼程傳熱兩個方面得以實現。目前,管殼式換熱器強化傳熱方法主要有:采用改變傳熱元件本身的表面形狀及其表面處理方法,以獲得粗糙的表面和擴展表面;用添加內插物的方法以增加流體本身的繞流;將傳熱管的內外表面軋制成不同的表面形狀,使管內外流體同時產生湍流并達到同時擴大管內外有效傳熱面積的目的,提高傳熱管的傳熱性能;將傳熱管表面制成多孔狀,使氣泡核心的數量大幅度增加,從而提高總傳熱系數并可增加其抗污垢能力,改變管束支撐形式以獲得良好的流動分布,充分利用傳熱面積等。
管殼式換熱器的材料一般以碳鋼、不銹鋼和銅為主,其中碳鋼材質的管板在作為冷卻器使用時,其管板與列管的焊縫經常出現腐蝕泄漏,泄漏物進入冷卻水系統污染環境又造成物料浪費。管殼式換熱器在制作時,管板與列管的焊接一般采用手工電弧焊,焊縫形狀存在不同程度的缺陷,如凹陷、氣孔、夾渣等,焊縫應力的分布也不均勻。使用時管板部分一般與工業冷卻水接觸,而工業冷卻水中的雜質、鹽類、氣體、微生物都會構成對管板和焊縫的腐蝕,這就是我們常說的電化學腐蝕。研究表明,工業水無論是淡水還是海水,都會有各種離子和溶解的氧氣,其中氯離子和氧的濃度變化,對金屬的腐蝕形狀起重要作用。另外,金屬結構的復雜程度也會影響腐蝕形態。因此,管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。從外觀看,管板表面會有許多腐蝕產物和積沉物,分布著大小不等的凹坑。以海水為介質時,還會產生電偶腐蝕。化學腐蝕就是介質的腐蝕,換熱器管板接觸各種各樣的化學介質,就會受到化學介質的腐蝕。另外,換熱器管板還會與換熱管之間產生一定的雙金屬腐蝕。
列管換熱器式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折翼子板(隔板)和管箱等預制構件組成。殼體多見圓柱型,內部裝有管束,管束兩側固定不變在管板上。進行傳熱的冷熱二種流體,一種在管內流通性,稱作管程流體;另一種在管中流通性,稱作殼程流體。為提高
管外流體的傳熱分指數,一般在殼體內安裝好幾個隔板。隔板可提高
殼程流體速度,迫使流體依照要求路程多次打橫依據管束,提升 流體滲流水準。換排熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排序。等邊三角形排序較密切,管外流體湍動水準高,傳熱分指數大;正方形排序則管中清除方便快捷,可用易結垢的流體。
在管式換熱器內進行換熱的兩種流體 , 一種在管內流動 , 其行程稱為管程;一種在管外流動 , 其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數 , 通常在殼體內安裝一定數量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路 , 增加流體速度 , 還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束 , 使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種 , 前者應用更為廣泛 . 。流體在管內每通過管束一次稱為一個管程 , 每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內流體的速度 , 可在兩端封頭內設置適當隔板 , 將全部管子平均分隔成若干組。這樣 , 流體可每次只通過部分管子而往返管束多次 , 稱為多管程。同樣 , 為提高管外流速 , 可在殼體內安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間 , 稱多殼程。在管式換熱器內 , 由于管內外流體溫度不同 , 殼體和管束的溫度也不同。