管式 CO?預(yù)熱器

一、結(jié)構(gòu)組成

1. 殼體（Shell）

• 容納 CO?氣體（殼程流體），材質(zhì)通常為碳鋼或不銹鋼（如 304、316L），需耐受 CO?的壓力（尤其是超臨界狀態(tài)下的高壓，≥7.38MPa）和可能的腐蝕性（如含水分時(shí)生成碳酸）。

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• 設(shè)有 CO?進(jìn)出口接管，通常在殼體上加裝壓力表、溫度計(jì)等監(jiān)測(cè)儀表。

2. 管束（Tube Bundle）

• 蒸汽加熱時(shí)，采用不銹鋼管（防腐蝕）；

• 高溫導(dǎo)熱油加熱時(shí)，需選用耐高溫合金管（如 Incoloy 800）。

• 由多根換熱管組成，內(nèi)部流經(jīng)加熱介質(zhì)（如蒸汽、導(dǎo)熱油、熱水等，管程流體），通過(guò)管壁與殼程 CO?進(jìn)行熱量交換。

• 換熱管材質(zhì)需根據(jù)加熱介質(zhì)和 CO?特性選擇，例如：

3. 管板（Tube Sheet）

• 固定管束兩端，分隔管程和殼程流體，確保兩種介質(zhì)不混合。

• 管板與殼體、換熱管通過(guò)焊接或脹接固定，需滿足高壓工況下的密封性。

4. 折流板 / 支承板（Baffle/Support Plate）

• 折流板：引導(dǎo) CO?在殼程橫向沖刷管束，增加湍流程度，強(qiáng)化換熱效率（如呈 “S" 形流動(dòng)），同時(shí)支撐管束防止振動(dòng)。

• 支承板：若 CO?流速較低，可簡(jiǎn)化為僅支撐管束的結(jié)構(gòu)，減少壓降。

5. 其他附件

• 管程分程隔板：若加熱介質(zhì)需多流程流動(dòng)（如提高流速增強(qiáng)換熱），可在管箱內(nèi)設(shè)置分程隔板。

• 膨脹節(jié)：當(dāng)殼體與管束溫差較大時(shí)，加裝膨脹節(jié)補(bǔ)償熱變形，避免結(jié)構(gòu)應(yīng)力損壞。

二、工作原理

1. 熱量傳遞過(guò)程

• 殼程（CO?側(cè)）：低溫 CO?從殼體一端進(jìn)入，在折流板引導(dǎo)下橫向流過(guò)管束外部，吸收管壁傳來(lái)的熱量，溫度升高后從另一端排出。

• 管程（加熱介質(zhì)側(cè)）：高溫加熱介質(zhì)（如蒸汽）從管程入口流入，在管束內(nèi)流動(dòng)并釋放熱量（蒸汽冷凝為凝結(jié)水），低溫介質(zhì)從出口流出。

• 傳熱機(jī)制：熱量通過(guò) “加熱介質(zhì)→管壁內(nèi)側(cè)→管壁→管壁外側(cè)→CO?" 的路徑傳導(dǎo)，核心是對(duì)流換熱（介質(zhì)與管壁）和熱傳導(dǎo)（管壁本身）。

2. 強(qiáng)化換熱的關(guān)鍵設(shè)計(jì)

• 湍流流動(dòng)：折流板迫使 CO?橫向沖刷管束，破壞邊界層，減少熱阻（對(duì)比層流，湍流換熱系數(shù)可提升 3-5 倍）。

• 增大接觸面積：采用小直徑換熱管（如 φ19mm×2mm）或翅片管（在 CO?側(cè)加裝翅片，增強(qiáng)氣體側(cè)換熱）。

• 逆流布置：使 CO?與加熱介質(zhì)逆向流動(dòng)，增大平均溫差（對(duì)數(shù)平均溫差 ΔT??大于順流），提升換熱效率。