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1、间壁式换热器的类型夹套式换热器发布: 2010-3-17 18:59 | 作者: zhm | 来源: 承压设备博客一、夹套式换热器 如图所示，为一夹套式换热器。这种换热器结构简单，即在反应器(或容和的外部筒体部分焊接或安装一夹套层，在夹套与器壁之间形成密闭的空间，成为一种流体的通道。夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却。当蒸气进行加热时，蒸气由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管排出。如用冷却水进行冷却时，则由夹套下部接管进入，而由上部接管流出。由于夹套内部清洗比较困难，故一般用不易产生垢层的水蒸气、冷却水等作为载热体。这种换热器的传热系数较小，传热面又受到容器冷凝液的限制，因此适用于传热量不
2、大的场合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流。为了弥补传热面积的不足，还可在容器内加设蛇管等。当夹套内通冷却水时，可在夹套内加设挡板，这样既可使冷却水流向一定，又可使流速增大，以提高对流传热系数。二、蛇管式换热器 1.沉浸式蛇管换热器如图所示，为一沉浸式蛇管换热器。蛇管多以金属管弯绕成窗口器的形状，沉浸在容器中的液体内。两种流体分别在管内、外流动进行热交换。沉浸式蛇管换热器这种换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。其主要缺点是管外对流传热系数较小，因而传热系数 K 值也较小如在容器内加设搅拌器，则可提高传热系数。2.喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热
3、器如图所示，它是用水作为喷淋冷却剂，以冷却管内的热流体，故常称为水冷器。冷却水从上面的水槽(或分布管 )中淋下，沿蛇管表面下流，与管内的热流体进行热交换。这种设备通常放置在室外空气流通处，冷却水在外部汽化时，可带走部分热量，以提高冷却效果。它与沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修、清洗和传热效果较好等优点；其缺点是占地较大，喷淋不易均匀，耗水量大。三、套管式换热器 如图所示，为一套管式换热器。这种换热器是由两种不同直径的管子装成同心套管，每一段直出口-管称为一程，程数根据换热任务和要求确定。每程的有效长度为 46m，内管直径在 3889mm 范围内选取，外管直径在 60114mm 范围内选取，一
4、般均选标准管。套管换热器的优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要易于增减，恰当地选择内管和外管的直径，可使流体流速增大，且呈浦流状态，故一般具有较高的传热系数，同时也可减少垢层的形成，两种流体可始终保持逆流流动，传热效果较好。其缺点是单位传热面积的金属消耗量大，占地较大。故一般适用于流量不大、所需传热面积较小及高压的场合。四、列管式换热器列管式换热器又称管壳式换热器，是目前石油化工生产中应用最广泛的一种换热器。它与其它换热器相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构比较简单，处理能力大，适应性强，操作弹性大，尤其在高温、高压和大型装置中应用更为普遍。1.列管换热器的结构
5、列管换热器主要由壳体、管束(换热管) 、管板(又称花板)、顶盖(又称封头)和连接管等部件组成。壳体内装有管束，管束是由许多无缝钢管两端固定在管板上组成的，固定的方法可用胀接法，也可用焊接法。一种流体通过管内流动，其行程称为管程，另一种流体在壳体与管束间的空隙流动，其行程称为壳程。流体一次通过管程的称为单管程列管换热器。当换热器的传热面积较大时，管子数目较多，为提高管程的流体流速，常将管子平均分成若干组，使流体在管内依次往返多次通过，称为多管程。增加管程数虽然可以提高流速使对流传热系数增大，但随着管程数增加，流体流动阻力增大，动力费用增加，结构也变得复杂，故管程数不宜过多，通常多为 2、4 、6
6、 程。同样，为提高壳程的流体流速，增大壳程侧的对流传热系数。当常在壳程安装折流挡板，以常见的折流挡板有圆缺形(或称弓形) 和圆盘形两种，前者应用较为广泛。圆缺形折流挡板圆盘形折流挡板2.列管式换热器的基本型式列管式换热器操作时，由于冷、热两流体温度不同，使壳体和管束的温度也不同，其膨胀程度就不同。如果两流体的温度相差较大(如 50以上)时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲和断裂、或管子从管板上松脱，因此就必须从结构上采取适当的温差补偿措施，以消除或减小热应力。根据采取热补偿的措施不同，列管式换热器常有以下三种基本形式。(1)固定管板式换热器如图所示，为具有补偿圈(或称膨胀节) 的固定
7、管板式列管换热器，当壳体与管束间有温差时，依靠补偿圈的弹性变形，来适应壳体与管束间的不同热膨胀。这种补偿结构一般适用于壳体与管束间的温度差低于 50，壳程压力小于 6kgf/cm2 的情况。这种换热器具有结构比较简单、造价低廉的优点；但其缺点是因管束不能抽出而使壳程清洗困难，因此要求壳程的流体应是较清洁且不易结垢的物料。(2)浮头式换热器如图所示，为一浮头式换热器，两端管板中有一端不与壳体固定相连，该端称为浮头。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头就可在壳体内自由伸缩，而与壳体无关，从而解决热补偿问题。另外，由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可以从壳体中抽出，便于清
8、洗和检修，所以浮头式换热器应用较为普遍，其缺点是结构比较复杂，金属消耗量多，造价较高。(3)U 形管式换热器如图所示，为一 U 形管式换热器，每根管子都弯成 U 形，两端均固定在同一管板上，因此管子可以自由伸缩，从而解决热补偿问题。这种型式换热器结构较简单，重量轻，适用于高温和高压的情况。其主要缺点是管程清洗比较困难，且因管子有一定弯曲半径，管板利用率较低，管程不易清洗，因此管程流体必须清洁。上述三种型式的列管式换热器，我国已有系列化标准，其规格和系列标准课本 P298-303。五、其它类型换热器除了上述几种在炼油及石油化工生产中普通应用的换热器外，还有其它类型的换热器。目前应用虽然不太普遍，
9、但由于这些换热器具有设备紧凑句单位体积传热面积大、金属材料耗量少及传热效果好等优点，其使用范围正日益扩大。下面简单介绍几种。1.翅片式换热器为了增加传热面，提高传热效果，在换热管表面上加上纵向(轴向)或横向( 径向)翅片，称为翅片换热器，常见的几种翅片形式如图 5-36 所示当相互换热的两流体的对流传热系数相差较大时，如用水蒸气加热空气或粘性大的液体，用空气冷却热的液体时，则空气或粘性大的液体一侧的热阻为控制性热阻。此时，如在换热管的气体或粘性大的液体一侧增设翅片，既可增大了气体一侧的对流传热面积(翅片的面积为光滑管面积的 29 倍)，又可增强气体流动的湍动程度，从而提高了换热器的传热效果。一
10、般来说，当两流体的对流传热系数之比等于或大于 3 时，为强化传热，宜采用翅片式换热器。翅片的种类很多，按其高度可分为高翅片和低翅片两种。高翅片适用于冷、热流体的对流传热系数相差大的场合，如气体的加热或冷却。低翅片多为螺纹管，适用于冷、热流体的对流传热系数相差不太大的场合，如粘度较大流体的加热或冷却等。目前，在炼油和石油化工中，翅片式换热器较为重要的应用是空气冷却器(简称空冷器)，由翅片管束、风机和支架组成。热流体进入各管束中，经冷却后汇集于排出管排出。冷空气由轴流式通风机吹过管束，通风机装在管束下方称为强制式空冷器；通风机装在管束上方称为引风式空冷器。由于管外增设了翅片，这样既增大了传热面积，
11、同时又增强了管外空气的端流程度，因而就减少了管子内、外对流传热系数过于悬殊的影响，从而提高了换热器的传热效果。空冷器的优点是不用冷却水，动力消耗较水冷低。主要缺点是：热介质入口温度较低(例如70-80)用空冷温差太小；介质凝点太高(例如高于 5)，用空冷时可能在局部地方易于造成管子堵塞；介质出口温度要求较低，用空冷在夏季难于满足要求。2.螺旋板式换热器螺旋板式换热器是一种新型换热器，是由两张平行的薄钢板焊接在一块分隔板(中心隔板)上，并卷制成一对互相隔开的螺旋形流道。两板之间焊有定距柱以维持流道的问距，同时也增强螺旋板的刚度。螺旋板的两端焊有盖板，两端面及螺旋板上设有冷、热流体进、出口接管。冷
12、、热流体分别在两个螺旋形流道中流动，通过螺旋板进行热量交换。如图所示。螺旋板式热交换器1、2-金属片 3-隔板 4、5-冷流体连接管 6、7 热流体连接管螺旋板式换热器的直径一般在 1.6m 以内，板宽为 2001200mm，极厚为 24mm，两板间距为 525mm 。常用材料为碳钢或不锈钢。螺旋板式换热器的主要优点是结构紧凑，单位体积所提供的传热面积大(约为列管式换热器的三倍)；流体允许有较高的流速( 液体可达 2m/s，气体可达 20m/s)，湍流程度大，传热系数较大 (约为列管换热器的 12倍)；可实现纯逆流操作；不易结垢，不易堵塞。其主要缺点是操作压力和温度不宜太高，流体流动阻力较大，
13、不易检修，且对焊接质量要求很高。故一般操作压力低于2Okgf/cm2，温度在 300 400以下。3.板式换热器板式换热器是由一组矩形金属薄板平行排列、相邻板之间衬以垫片并用框架夹紧组装而成。板片四角开有圆孔，形成流体通道，冷、热流体分别在同一板片两侧流过，通过板片进行换热。为其组装流。板片厚度为 0.53mm，通常压制成各种波纹形状。流体流向示意图 水平波纹板板式换热器的主要优点是:结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大，约为2501000m2/m3，而列管式换热器只有 40150m2/m3；传热系数高，对低粘度液体传热，传热系数可达 15004700W/(m2. )，最高可达 7000W/
14、(m2.)，操作灵活，适应性大，可以根据需要增减板数以调整传热面积，加工制造容易、检修清洗方便、热损失少。其主要缺点是:因受到板片刚度、垫片种类及沟槽结构的限制，允许的操作压力较低；因受垫片材质的限制，操作温度不能太高，对合成橡胶垫片，操作温度不超过130，对压缩石棉垫片也应低于 250；因板间距小，流道截面小，流速不能过大，所以处理量较小，不易密封，易泄漏，易于堵塞。4.热管换热器热管换热器是一种新型、高效、节能换热器，广泛使用于航天航空业，并逐步用于加热炉对流室烟气余热回收中。它是由数根热管组成的。热管外部装有翅片以提高传热效果。热管管束中间装有隔板，冷、热流体分别在隔板的两侧流动，通过热管进行热量传递。其工作原理为:当热管的两端分别被加热( 与热流体接触)和冷却 (与冷流体接触)时，被加热的一端(称为蒸发段 )管中的液体吸热蒸发成为蒸气，蒸气沿管中心通道向另一端( 称为冷凝段)并在此冷凝放出热量，由于多孔管芯毛细作用，冷凝下来的液体又会自动地沿管芯流回蒸发段。如此循环往复，通过工作介质的蒸发、冷凝，将热量由热流体传递至冷流体。热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、操作简单、使用寿命长等优点。热管的结构及工作原理1-管壳 2-管芯 3-凝液流 4-蒸气流 5-隔板
