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1、第6章 换热设备 第6章 换热设备 6.1 概述 6.2 管壳式换热器的基本结构 6.3 管壳式换热器的标准系列 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 6.5 新型换热器简介 6.6 传热过程的强化途径 6.1 概述 6.1.1 换热器及其作用 6.1.2 换热器的分类 6.1.3 间壁式换热器的类型 6.1 概述 6.1.1 换热器及其作用 1.换热器：实现热量传递过程的装置。 2.作用： 加热原料，如原油被加热； 冷却产品，如汽油、煤油、柴油等产品的冷却； 余热回收，如常、减压炉顶部的烟气余热回收系统 6.1.2 换热器的分类 6.1.1.1按用途分 加热器，冷却器，冷凝器，再沸器，蒸发器
2、等 6.1.1.2按冷热流体接触方式分 直接混合式：冷热流体直接混合 6.1 概述 6.1.2 换热器的分类 6.1.1.1按用途分 6.1.1.2按冷热流体接触方式分 直接混合式：冷热流体直接混合 6.1 概述 特点：结构简单；传热效率高。 还可用于气体的除尘、增湿、冷 却及蒸汽的冷凝。 6.1 概述 蓄热式： 冷、热流体通过蓄热材料进 行热量交换。 优点：结构简单，耐高温；可改 进间歇式操作为切换式操作； 缺点：冷、热流体难免有一定程 度的混合。 6.1 概述 间壁式： 冷、热流体通过管壁进行换热，不直接进行接触，使用最多。 广泛使用 6.1 概述 6.1.3 间壁式换热器的类型 6.1.
3、3.1 夹套式换热器 结构：夹套式换热器主要用于反应 过程的加热或冷却，是在容器外壁 安装夹套制成。 优点：结构简单。 缺点：夹套内清洗不便，K小， 传热面积A受限。 6.1 概述 6.1.3.2 蛇管换热器 1.沉浸式蛇管换热器 如：减压塔底渣油的冷却 优点：结构简单，价格低廉，便于防腐；可用于事故冷却。 缺点：占地面积大，传热系数较小。 6.1 概述 2. 喷淋式蛇管换热器 结构：将蛇管成排地固定于 钢架上，被冷却的流体在管内 流动，冷却水由管上方的喷淋 装置中均匀淋下，故又称喷淋 式冷却器。 优点：传热推动力大，传热 效果好，便于检修和清洗。 缺点：耗水量大，喷淋不易 均匀，占地面积较大
4、。 6.1.3.3 套管换热器 6.1 概述 结构：直径大小不同的直管装 成同心套管。 优点：构造简单；能耐高压；u 、A可根据需要而增减；双方流 体可保持纯逆流，利于传热。 缺点：管间接头较多，易发生泄漏 ；单位换热器长度具有的传热面积 较小。适于流量不大、A较小、要求 压强较高或传热效果较好的场合。 6.1 概述 6.1.3.4 管壳式换热器 结构：壳体与管束。 壳体、管束、封头、管 板、连接管。 管程；壳程 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固， 可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。 应用最为 广泛 1. 固定管板式换热器 6.1 概述 优点
5、：结构相对简单，应用广泛。 缺点：壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物 料。冷热流体温差不能太大（10000时，对低粘度流体： 对高粘度流体： 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 6.4.2.2壳程给热系数o 对具有圆缺形折流挡板的壳程给热系数的计算，可采用多诺霍(Donohue)法: 式中 Ggm流体横过管束与通过折流板缺口时的平均质量流速，kg/m2s。 其中 Sc两折流板间，靠近管壳中心线处的管间流通面积。 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 Sb折流板缺口的管间流通面积。 公式的适用范围为： 其中 Sc两折流板间，靠近管壳中心线处的管间流通面积。 6.4 管壳式
6、换热器的选用及校核计算 由公式可见，o与do、B及K之间的关系为： K弓形面积系数 折流挡板缺口拱高与壳径之比hB/DsK 0.200.112 0.250.154 0.300.198 0.350.245 0.400.293 0.450.343 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 6.4. 3管壳式换热器的平均温度差 换热器中上常见的几种流动形式 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 逆流与并流时的tm可用第5章的公式计算。 对于错流和折流的情况，可以加一个系数进行修正。 式中 温差校正系数，可根据流型及两参数P与R查得。 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 6.4.4 换热器的压降 6.4
7、.4.1管程压降 由三部分阻力组成。 1.直管阻力pi 式中 L一根换热管的长度，m； ui流体通过管内的流速，m/s。 Si管程流通面积 直管阻力pi； 局部阻力pr； 流体通过进出口接管的阻力pN 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 2.局部阻力pr 多管程：34； 单管程：2。 3.流体通过进出口接管的阻力pN 式中 uN进出口管内流速。 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 考虑管内结垢对阻力影响时，则总压降为： 式中 Ft管程结垢阻力校正系数。 Ft 气体，Ft=1； 液体 FB及固定管板系列：Ft=1.4； F及FA系列：Ft=1.5。 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 6.
8、4.4.2壳程压降 埃索公式计算式： 式中 ps换热器壳程总压降 ps1流体通过管束外阻力 ps2流体通过折流板缺口阻力 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 6.4.3 选用及设计步骤 1.试算并初选设备规格： (1)确定流体流动途径，根据传热任务计算热负荷Q ； (2)确定流体两端的温度，选择列管式换热器的型式； (3)计算tm ，并根据温度校正系数0.8的原则，决定壳程数； (4)选定K值，由QKAtm初步算出A，并确定换热器的基本尺寸或按系 列标准选择设备规格。 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 6.4.3 选用及设计步骤 2.核算总传热系数K： 计算i 和o，确定污垢热阻Rsi和
9、Rso，再计算K，比较K的初始值和计 算值，若K/K1.151.25，则初选的设备合适。否则需另设K值，重复 以上计算步骤。 3.核算传热面积A：计算所需传热面积Ac ，与换热器实际面积Aa相 比，当(Aa-Ac)/Ac=0.10.2，所选换热器适宜，否则重复前述步骤。 4.计算管、壳程压强降： 若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或 选择另一规格的设备，重新计算压强降直至满足要求为止。 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算 初选 K初 查标准得A及换热器结构 A A 所选换热器合适 计算压力降 结束 调 整 K初 核算K值 否 是 计算框图 调 整 换 热 器 结 构
10、否 是 6.5 新型换热器简介 6.5.1 翅片式换热器 6.5.2 螺旋板式换热器 6.5.3 板式换热器 6.5.4 板翅式换热器 6.5.5 热管换热器 6.5.1 翅片式换热器 当两流体的对流传热系数相差很大时，在传热系数较小的 一侧加翅片可以强化传热。当用水蒸气加热空气时，此传热 过程的热阻主要由空气侧的对流传热热阻决定。故在空气侧 加装翅片，增加了传热面积，强化了传热效果。 翅片的作用：增加传热面积及管外流体的湍动程度 6.5 新型换热器简介 6.5 新型换热器简介 常见的几种翅片形式: 6.5.1 翅片式换热器 6.5 新型换热器简介 6.5.1 翅片式换热器 6.5 新型换热器
11、简介 优点：适于缺水地区，A大 缺点：装置庞大，动力消耗大 6.5.2 螺旋板式换热器 6.5 新型换热器简介 6.5.2 螺旋板式换热器 6.5 新型换热器简介 优点：可保持纯逆流，总 传热系数高；不易 堵塞；结构紧凑； 缺点：操作压强和温度不 宜太高；不易检修。 6.5.3 板式换热器 6.5 新型换热器简介 由传热板片、密封垫 片和压紧装置组成。冷、 热流体交替地在板片两侧 流过，通过金属板片进行 换热。每块金属板面冲压 成凹凸规则的波纹，以使 流体均匀流过板面，增加 传热面积，并促使流体湍 动，有利于传热。 板式换热器板片 6.5 新型换热器简介 6.5.3 板式换热器 板式换热器工作
12、原理示意图 6.5 新型换热器简介 6.5.3 板式换热器 板式换热器的特点： 优点：结构紧凑，单位体积设备所提供的传热面积大；总传热系数 高，如对低粘度液体的传热，K值可高达7000W(m2)；可根 据需要增减板数以调 节传热面积；检修和清洗都较方便。 缺点：处理量不太大；操作压强较低，一般低于1500kPa，最高也不超 过2000kPa；因受垫片耐热性能的限制， 操作温度不能过高，一般对合成橡胶垫圈不超过130，压缩石棉垫 圈低于50。 6.5 新型换热器简介 6.5.4 板翅式换热器 6.5 新型换热器简介 在两块平行的薄金属板(平隔板)间，夹入波纹状的金属翅片，两边以侧 条密封，组成一
13、个单元体。将各单元体进行不同的叠积和适当地排列，可 得到常用的逆、并流和错流的板翅式换热器的组装件，称为芯部或板束。 板翅式换热器的板束 6.5.4 板翅式换热器 锯齿翅片 光直翅片 多孔翅片 错流 逆流 6.5 新型换热器简介 6.5.4 板翅式换热器 6.5 新型换热器简介 优点：总传热系数高，传热效果好；结构紧凑；轻巧牢固； 一般用铝合金制造，适应性强、操作范围广；操作方 式可以是逆流、并流、错流或错逆流同时并进等。 缺点：设备流道小，易堵塞，而且增大压强降；结垢后清洗 和检修困难；要求介质对铝不发生腐蚀。 6.5.5 热管换热器 6.5 新型换热器简介 6.5.5 热管换热器 1导管
14、2吸液芯 3蒸汽 4蒸发端 5保温层 6冷凝端 6.5 新型换热器简介 6.5 新型换热器简介 6.5.5 热管换热器 6.5.5 热管换热器 6.5 新型换热器简介 优点：结构简单，使用寿命长，工作可靠，应用范围广， 蒸汽流动阻 力小，管壁温度均匀。 缺点：介质不易找，价格高 6.6 传热过程的强化途径 1. 增大传热面积A 2. 增大平均温差tm 3. 增大总传热系数K 提高流速及流体的扰动程度 采用相变、较大的流体 减小壁厚、防止结垢和及时清 除垢层 重点从设备的结构入手，提高 单位体积的传热面积，如采用 螺旋管、波纹管、翅片管等 温度一般由生产工艺条件所 规定，可调范围有限，尽可 能逆流操作
