U形管式換熱器，是管殼式換熱器的一種，它由管板、殼體、管束等零部件組成。
在同樣直徑情況下，U形管換熱器的換熱面積最大；它結構簡單、緊湊、密封性能高，檢修、清洗方便、在高溫、高壓下金屬耗量最小、造價最低；U形管換熱器只有一塊管板，熱補償性能好、承壓能力較強，適用於高溫、高壓工況下操作。
基本介紹
- 中文名：u形管換熱器
- 外文名：U-tube heat exchanger
- 結構：管箱、筒體、封頭、換熱管等
- 優點：結構簡單，造價便宜
- 缺點：報廢率較高
- 套用：適合高溫高壓腐蝕流體
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結構
U型管式換熱器的主要結構包括管箱、筒體、封頭、換熱管、接管、折流板、防沖板和導流筒、防短路結構、支座及管殼程的其他附屬檔案等。
換熱管
1、普通換熱管
用於傳熱的換熱管通常採用較高級冷拔換熱管和普通級冷拔換熱管，前者適用於無相變的傳熱和易振動場合，後者適用於重沸、冷凝傳熱和無振動的一般場合。
換熱管的形式多種多樣，光滑管是最傳統的形式，因它具有製造容易、單位長度成本低等優點，在當前套用中最為普遍。管子應能承受一定的溫差與應力，當管程和殼程流體具有腐蝕性時，管子還應具備抗腐蝕能力。
換熱管的長度推薦採用以下系列：1.0m，1.5m，2.0m，2.5m，3.0m，4.5m，6.0m，7.5m，9.0m，12.0m。對於一定的換熱面積，較長的換熱管是比較經濟的，所以工程上的換熱器大致是細長形的結構。但換熱管過長，將不利於換熱器的安裝與維護。
管子的材料來源很廣，有碳鋼、不鏽鋼、鋁、銅、黃銅及其合金、銅鎳合金、鎳、欽、石墨、玻璃等及其他特殊材料。換熱管除採用單一材料製造外，為滿足生產要求，也常採用複合管。
2、高效換熱管
為了同時擴大管內、外的有效傳熱面積或強化傳熱，最大程度地提高管程的傳熱係數，將換熱管的內外表面軋製成各種不同的表面形狀，或在管內插入擾流元件，使管內、外流體同時產生湍流，提高換熱管的性能，現已開發出多種高效換熱管。根據換熱管形狀和強化傳熱機理，可劃分為表面粗糙管、翅片管、自支撐管、內外掛程式管等類型。
多數高效換熱管在管內和管外同時都具有強化傳熱作用。根據不同工況，採用高效換熱管與新型管束支撐物的不同組合，可達到比較理想的傳熱效果。
管束
管束是一組合件。由管子、折流元件、管板、拉桿、定距管等組裝而成。管束將數以百計的管子固定為一個整體，折流元件可以是折流板、折流桿(或折流柵)及其他方式，固定在管板上的拉桿和定距管保持折流元件之間的距離。
為方便管束從換熱器中拉出進行維護，管束的重量不能太大，同時應允許污垢的累積和沉澱物的形成。管束不能填滿整個殼體，管束與殼體之間的間隙會有旁路流體流過，為改善間隙處的流動狀態，應考慮設定密封條或流體再分布裝置。
管板
管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一。大多數管板是圓形的平板，鑽孔後排布換熱管，承受管程、殼程壓力和溫度的作用，將管程和殼程的流體分隔。管板的成本直接左右整台換熱器的成本，管板的安全可靠也是換熱器正常運行的重要保障。
管板是殼程與管程的屏障，當換熱介質無腐蝕或腐蝕輕微時，一般採用低碳鋼、低合金鋼製造或鍛造管板。換熱介質有腐蝕性時，管板應採用耐腐蝕材料，如不鏽鋼。但當管板厚度較大時，整體不鏽鋼管板價格昂貴。工程上往往採用複合鋼板。
管箱
殼體直徑較大的管殼式換熱器大多採用管箱結構。管箱位於換熱器的兩端，其作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到各換熱管和把管內流體匯集在一起送出換熱器。在多管程的管殼中，管箱還起到改變流體流向的作用。
管箱的結構形式主要由換熱器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素來決定。大致有封頭型、筒型兩種基本類型。
管板與相鄰零部件的連線
換熱器中，管板是管程、殼程的屏障，與管板直接相連的有殼體、管箱和管子。管板與殼體的連線形式分為不可拆式和可拆式，前者如固定管板式換熱器中管板與殼體的連線。後者如U形管式、浮頭式及填料函式和滑動管板式的換熱器管板與殼體的連線。不可拆式的連線。將殼體與管板直接焊在一起；可拆式的連線，管板本身通常不直接與殼體接觸，而是通過法蘭與殼體間接相連或是由連線在殼體與管箱上的兩法蘭夾持固定。
優點
U型管換熱器僅有一個管板，管子兩端均固定於同一管板上，管子可以自由伸縮，無熱應力，熱補償性能好；管程採用雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好，承壓能力強，管束可從殼體內抽出，便於檢修和清洗，且結構簡單，造價便宜。
缺點
由於受彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對傳熱不利。當管子泄漏損壞時，只有管束外圍處的U形管才便於更換，內層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而且壞一根U形管相當於壞兩根管，報廢率較高。
套用
U形管式換熱器結構比較簡單、價格便宜、承壓能力強，適用於管、殼壁溫差較大或殼程介質易結垢需要清洗、又不適宜採用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用於管內走清潔而不易結垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。
