《15南京工业大学备课笔记第六章换热设备HeatEx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《15南京工业大学备课笔记第六章换热设备HeatEx（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 换热设备 Heat Exchanger6.1 概述 Introduction6.1.1 换热设备的应用 Application换热设备:使热量从热流体传递到冷流体的设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的1020%， 重量约占总重量的40%以上。其损坏率在所有化工设备损坏的比例中所占比重约为27%。应用：加热，冷却，余热回所，提高热能利用率，降低消耗，提高经济效益。612 换热设备的分类及其特点 Classification and Characteristics 分类方式有几种。按作用分：冷却器，加热器。按传热面分：管式，板式，扩展面式。6121 按作用原理或传热方式分类 （1）
2、直接接触式换热器： 利用冷，热流体直接接触，彼此混合进行换热的， 设备中设置填料和栅板，以增加接触面积。 优：传热效率高，结构简单，价格低。 适用：允许两种流体混合的场合。（2）蓄热式换热器： 由固体构成一蓄热体，冷热流体交替与之接触，借此热量从热流体传递到冷流体。 适用：允许两种流体少量混合，气-气热交换。（3）间壁式换热器 用固体壁将二种冷热流体隔开，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。（4）中间载热体式换热器 将二个间壁式换热器，通过一在其中循环的热载体连接起来。 如：热管式换热器。6122 间壁式换热器 工业生产中应用最为广泛，结构形式也相当多。（1） 管式换热器 Tubular
3、通过管子壁面进行传热。优：结构牢固，可靠，适应性强，易于制造，能承受较高压力和强度。不足：换热效率、结构紧凑、金属消耗（单位传热面积）不如其他换热器。 1蛇管式换热器 Pipe coil 将管子（金属、非金属）按需要弯成所需的形状，如圆盘形、螺旋形等。A 沉浸式 submerged 使用时将蛇管浸在被加热（冷却）介质的容器中。 优：结构简单，造价低，管子可承受较大流体压力。 缺：管外流体流速小，传热系数较低，效率低。 适用：高压流体的冷却等。B 喷淋式 sprayed 冷却水由喷淋装置均匀淋下。优：传热系数大，便于检修，清洗。缺：体积大，冷却水用量大，效果不理想。 2套管式换热器 double
4、-pipe 两种直径不同的管子组装成同心管，一种流体走内管，另以种流体走内、外管之间。 优：结构简单，工作适应范围大，传热面积可增减。 缺：单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗较麻烦。 适：高温、高压、小流量，传热面不大的场合。 3管壳式换热器 shell-and-tube 优：结构坚固，适应性广，易制造，生产成本低。 不足：传热效率、结构紧凑性等不如新型高效换热器。 4 缠绕管式换热器 传热管按螺旋线形状交替缠绕，相邻两层螺旋形传热管的螺旋方向相反。管内可通一种介质（单通道型），也可分别通过几种不同的介质（多通道型）。适用：同时处理多种介质，小温差传递较大热量。（）板面式换热器 plate通
5、过板面进行传热。优：传热性能比管式好，强化了传热，生产成本较低。缺：耐压性能不如管式。螺旋板式换热器 spiral由二张卷成螺旋状金属板作为传热面。优：结构紧凑，传热效率高，制造简单，材料利用率高。缺：高粘度流体、含有固体颗粒的悬浮液的唤热。板式换热器 plate and frame由许多薄金属板组成传热面，类似板框式压滤机。板表面制成波纹形或槽形，以增大流体湍流程度，二板间边缘用垫片夹紧，以防泄漏。优：结构紧凑，使用方便，便于清洗，较高的传热效率。缺：密封周边长，易渗漏，承压能力低，流通狭窄，处理量小，阻力大。适用：经常需清洗，环境要求紧凑的。板翅式换热器 plate-fin 在二块平行金属
6、板之间放置一种波纹状金属翅片，若干板束组装在一起。 优：结构紧凑，单位体积内传热面积大，传热系数大，适应性广。 缺：结构复杂，难以清洗和检修，造价高，流道小。 适用：低温或超低温的场合，多种不同的流体在同一设备中操作。D 板壳式换热器 shell-and plate由若干板束放在一壳体中组成，介于管壳式和板式之间的一种换热器。优：传热效率高于管壳式，结构紧凑，易清洗。缺：制造复杂，焊接要求高。E 伞板式换热器 bevel-plate 伞形板代替平形板。 优：制造相对简单，成本低，板间易密封，传热效率较高，结构紧凑。 缺：流道小，易堵塞，不易处理较脆介质。（3） 其他型式换热器指一些特殊结构换热
7、器，A 石墨换热器 graphite用一种不渗透性石墨制造的换热器，优：良好的耐腐蚀性和传热性能缺：石墨抗拉，抗弯强度较低，易脆裂，结构中采用实替块。适用：腐蚀性强的液体和气体。 有管壳式，块式，板式等。B 聚四氟乙烯换热器 Teflon有管壳式和沉浸式两种，优：结构紧凑，耐腐蚀缺：机械强度和导热性能差适用：温度1500C, 压力1.5MPa. C. 热管换热器 heat pipe 热管的管子内部有用特定材料制的多孔毛细结构和载热介质. 将管内抽成一定负压后,充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后,加以密封.当热管一端受热时,毛细芯中液体蒸发汽化,蒸汽在微小压差下流向
8、另一端放出热量凝结成液体.液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流向蒸发段. 优:结构简单,重量轻,极小温差下,较高的传热能力,输送效率高(90%) 缺:适用:工业尾气余热回收.6.1.3 换热器选型 Selection of heat exchanger types考虑因素: 流体性质,腐蚀性,热敏性,清洗,维修的要求材料价格使用寿命6.2 管壳式换热器 Shell-and-Tube Heat Exchanger特点:结构坚固,操作弹性大,适应性强 处理能力大,可靠程度高,应用广泛.6.2.1 基本类型分五类(1) 固定管板式换热器 fixed tubesheet二端管板采用焊接方法与壳体连接固定.
9、优:结构紧凑简单,制造成本低,承受较高压力.缺:壳程难清洗,产生较大热应力.适用:壳体与管子温差小,壳程不易结垢, 温差大时,壳体中设置膨胀节等挠性元件.(2) 浮头式换热器 floating-head 二端管板中,一端管板与壳体的筒体固定,另一端可相对壳体自由移动.优:管间,管内可清洗,无热应力缺:结构复杂,造价高,材料消耗多,密封要求高.适用:温差较大,壳程介质易结垢.(3) U形管式换热器 U-tube只有一块管板,管束由多根U形管组成.优:结构比较简单,承压能力强,不产生热应力,缺:最内层管间距较大,管板利用率低适用:温差较大,壳程介质易结垢需清洗,不宜采用浮头式和固定管板式.(4)
10、填函式换热器 outside-packed与浮头式相似,只是浮头露在壳体以外,与壳体之间用填料函式密封.优: 结构较浮头式简单,加工方便,造价较低,管内外都可清洗.缺: 填料处易泄漏适用:4MPa以下工作条件,现已很少采用(5) 釜式重沸器 kettle reboiler管束可以是:浮头式,U形管式,固定管板式特: 壳体上都设置一个蒸发空间.6.2.2 管壳式换热器结构 structure 通道:管程-流体流经管内的通道及其相连部分 壳程-流体流经管外的通道及其相连部分6.2.2.1 管程结构 structure of tube side(1)换热管 tube 1型式:光管,翅片管,螺旋槽管,
11、螺纹管 2尺寸: 外径*壁厚 无缝钢管: 19*2, 25*2.5, 38*2.5 不锈钢管; 25*2, 38*2.5管长标准(m):1.5, 2.0, 3.0, 4.5, 6.0, 9.0 . 3 材料: material碳素钢,低合金钢,不锈钢,铜非金属管: 石墨,聚四氟乙烯 4 排列形式及中心距 arrangement and pitch排列形式: 正三角形,转角正三角形,正方形,转角正方形中心距: 保证管间有足够强度和宽度, 留有清洗通道 常用中心距; 不小于1.25倍换热管的外径. (2)管板; tube sheet 用来排布换热管,隔开管程与壳程的流体.1材料2结构(3)管箱 c
12、hannel 位于换热器两端,起到均匀分布和汇集的作用.多管程中,还可以改变流体的流向. 结构形式:(4) 管束分程 tube side passes 流体从管子的一端流到另一端,称为一个管程. 加大换热面积的途径: 增加管长,受加工、运输、安装等限制 增加管数，但流速下降，使传热系数降低 管束分程，增加流速，提高传热系数。管程布置图（5） 换热管与管板连接 tube to tube sheet joints分强度胀，强度焊和胀焊并用： 1 强度胀 expansion 保证换热管与管板连接的密封性能和抗拉脱强度的胀接。 结构型式和尺寸：胀接方法： 非均匀胀接机械滚珠胀接 均匀胀接液压胀接，液袋
13、胀接，橡胶胀接，爆炸胀接适用：设计压力4。0MPa，设计温度3000C，无振动与应力腐蚀2强度焊 welding 保证换热管与管板连接的密封性能和抗拉脱强度的焊接。 结构型式：优：加工简单，结构强度高，抗拉脱力强，缺：存在残余热应力与应力集中，易产生应力腐蚀，缝隙腐蚀3 胀焊并用 形式：强度胀+密封焊 强度焊+贴胀 强度焊+强度胀 顺序：先焊后胀为宜。胀管时用润滑油，胀后难以洗净，在焊接时易产生气体，导致气孔。 适用：密封性能要求高，承受振动和疲劳载荷，有缝隙腐蚀。6222 壳程结构 structure of shell side组成：壳体，折流板，拉杆，纵向隔板，防冲挡板等，（1） 壳体 shell 防冲挡板：在进口接管处，防止进口流体直接冲击管束 导流筒：在进出口附近。（2） 折流板 baffle 目的：提高壳程流体流速，增加湍流程度，改善传热，增大壳程流体穿热系数。形式：弓形，圆盘圆环形。弓形折流板缺口取0.25壳体内直径，卧式换热器折流板设置缺口， 开在最低处，气体中含少量液体 开在最高处，液体中含少量气体间距：等间距布置 最小间距 最大间距连接：折流板用拉杆，定距管连接在一起 当换热管外径小于14
