浮頭式換熱器、填料函式換熱器

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(nèi)抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。其優(yōu)點(diǎn)是管間與管內(nèi)清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價比固定管板式換熱器高，設(shè)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(zhì)易結(jié)垢的場合。見下圖1。殼體和管束對熱膨脹是自由的，故而兩種介質(zhì)的溫差較大時，管束與殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計成可拆結(jié)構(gòu)，使管束有容易地插入或抽出殼體（也可設(shè)計成不可拆的），這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄漏情況，因此在安裝時特別注意其密封。

浮頭式換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu)，按不同的要求可設(shè)計成各種形式，除必須考慮管束能在設(shè)備內(nèi)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。圖2所示結(jié)構(gòu)，其浮頭部分雖可以自由移動，但管束不能抽出殼休。優(yōu)點(diǎn)是在相同的殼體直徑下，布管數(shù)多，換熱面積增加，但對于換熱管外壁要求經(jīng)常清洗的情況，不宜采用此結(jié)構(gòu)形式。

　　圖3所示為鉤圈結(jié)構(gòu)，在設(shè)計時必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑Di，一般推薦浮頭管板與殼體內(nèi)壁的間隙b1=3~5㎜。這樣，當(dāng)浮頭處的鉤圈拆卸后，即可將管束從殼體內(nèi)抽出，以便進(jìn)行檢修、清洗。浮頭蓋需在管束裝入后才能進(jìn)行裝配，所以在設(shè)計中應(yīng)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(zhì)間的串漏起著重要作用。隨著浮頭式換熱器的設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長期以來使用經(jīng)驗(yàn)的積累，鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不斷的改進(jìn)和完善。鉤圈一般都為對開式結(jié)構(gòu)，要求密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。目前鉤圈的常用形式見圖4。圖4（a）為A型鉤圈，在20世紀(jì)50年代及以前的浮頭式換熱器中采用較多。鉤圈厚度通過強(qiáng)度計算決定。由于鉤圈底部距浮頭管板較遠(yuǎn)，使得浮頭端殼程介質(zhì)的死角增大，減少管束的有效傳熱面積。圖4（b）為B型鉤圈，為國外引進(jìn)型式，鉤圈厚度根據(jù)浮頭管板厚度加上經(jīng)驗(yàn)值決定。一般B型鉤圈厚度較A型鉤圈厚度薄。上緊浮頭的雙頭螺柱，A型較B型長，螺柱的穩(wěn)定性也差。A型結(jié)構(gòu)浮頭管板和鉤圈的斜槽均采用12°。而B型結(jié)構(gòu)由于浮頭管板和鉤圈的斜槽采用不同的傾角，管板斜槽斜度18°，而鉤圈為17°，鉤部厚度為30㎜。管板外徑與鉤圈內(nèi)徑的間隙控制在0.25~0.4㎜。這樣在上緊螺柱時，間隙將消失而使管板對鉤圈起到支撐并控制鉤圈轉(zhuǎn)角的作用，既保證螺柱的彎曲變形在允許范圍內(nèi)，又保證有效密封作用。

　　圖5所示結(jié)構(gòu)為管束裝入或抽出時，不需先將浮頭部分拆除，檢修、安裝及清洗等工作均可在殼體外進(jìn)行，比較方便。但是該結(jié)構(gòu)的殼體直徑要比上述浮頭換熱器增大。浮頭處結(jié)構(gòu)可做成圖5（a）和（b）兩種形式。

　　圖6是浮頭換熱器中又一種形式，它是一種單程浮頭換熱器，在管程出口處采用填料函結(jié)構(gòu)。圖6（a）的結(jié)構(gòu)在設(shè)計時應(yīng)考慮浮動一端的管板外徑小于殼體內(nèi)徑，以便管束可以在殼體內(nèi)抽出。在浮頭頭蓋相連接的出口管，應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)，以利安裝與制造。

填料函式換熱器

填料函式換熱器是指管束一端與管板固定、一端與殼體間采用外置填料函密封的管殼式換熱器。由于管束可以自由伸縮，管束與殼體之間不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易于檢修、清洗。缺點(diǎn)是殼程流體有外漏的可能，故使用壓力及溫度受到限制。殼程不宜走易揮發(fā)、易燃、易爆及有毒的介質(zhì)。

由于采用填料函式密封結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體軸向可以自由伸縮，不會產(chǎn)生殼壁與管壁熱變形差而引起的熱應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價比較低廉，且管束從殼體內(nèi)可以抽出，管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。

因填料處易產(chǎn)生泄漏，填料函式換熱器一般適用于4MPa以下的工作條件，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度也受填料的物性限制。填料函式換熱器已很少采用。