2011.6第六节：换热器资料.ppt

《2011.6第六节：换热器资料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2011.6第六节：换热器资料.ppt（47页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第第 五五 章章 传热传热一：一：间壁式换热器的结构间壁式换热器的结构 形式形式二：二：换热器传热过程的强化换热器传热过程的强化三：三：传热过程强化效果的传热过程强化效果的 评价评价四：四：管壳式换热器的设计管壳式换热器的设计 和选型和选型第第第第 六六六六节节节节 换热器换热器换热器换热器2023/3/4换热器的分类换热器的分类按用途分按用途分-加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器等蒸发器等按按传传热热特特征征分分-混混合合式式、蓄蓄热热式式、间壁式间壁式2023/3/42023/3/4：沉浸式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器 结构：结构：以金属管子绕制成各种与容

2、器相适应的形状以金属管子绕制成各种与容器相适应的形状用途：用途：用于大容器内加热或冷却用于大容器内加热或冷却优点：优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。结构简单，便于防腐，能承受高压。缺缺 点点：管管 外外 流流 体体 的的 表表 面面 传传 热热 系系 数数 较较 小小；为提高传热系数，容器内可安装搅拌器为提高传热系数，容器内可安装搅拌器1：管式换热器管式换热器 一：一：间壁式换热器的结构形式间壁式换热器的结构形式2023/3/4：喷淋式换热器喷淋式换热器直管水槽 喷 淋 式 冷 却 器结构：结构：蛇管成排地固定蛇管成排地固定于钢架上，冷却水由管于钢架上，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下，

3、故又称喷淋式冷却器上方的喷淋装置中均匀淋下，故又称喷淋式冷却器用用途途：用用于于冷冷却却管管内内的的流体流体优点：优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗缺点：缺点：喷淋不易均匀喷淋不易均匀2023/3/4凉水塔（圣世化工）凉水塔（圣世化工）2023/3/4：套管式换热器套管式换热器外管内管套 管 式 换 热 器结结构构：两两种种直直径径大大小小不不同同的的直直管管装装成成同同心心套套管管，并并用用U U形形肘肘管管把把管管段段串串联联起起来来，每每一一段段直直管管称称作作一程一程优优点点：流流体体流流速速高高，表表面面传传热热系系数数大大，逆逆流

4、流流流动动，平平均温差最大，结构简单，能承受高压，应用方便均温差最大，结构简单，能承受高压，应用方便2023/3/4：翅片管式换热器翅片管式换热器结结构构：在在管管子子外外表表面面上上装装有有径径向向或或轴轴向向翅翅片片适适用用：适适用用于于两两种种流流体体的的给给热热系系数数相相差差很很大大的的场场合合；主主要要用用于于空气冷却器空气冷却器2023/3/42023/3/4：列管式换热器列管式换热器 列列管管式式换换热热器器又又称称为为管管壳壳式式换换热热器器，是是目目前前生生产产中中应应用用最最广广泛泛的的传传热热设设备备，属属典典型型的的间间壁壁式式换换热热器器。重重点点介介绍绍：固定管板

5、式 浮头式 U型管式结结构构：壳壳体体、管管束束、管管板板、折折流流挡挡板板和和封封头头。管管内内流流动动的的流流体体称称为为管管程程流流体体；管管外外流流动动的的流流体体称称为为壳壳程程流体流体。管束的壁面即为传热面。管束的壁面即为传热面优点：优点：传热面积大，效果好，结构坚固，可选用的结传热面积大，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构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用2023/3/4单管程：单管程：流体在管内通过管束一次流体在管内通过管束一次，否则称，否则称单壳程：单壳程：流体在管外通过壳体一次流体在管外通过壳体一次，否则称，否则称说说明明

6、：管管程程数数流流通通截截面面积积管管内内流流速速ai i ，强化传热，强化传热双管程固定管板换热器缺点：缺点：管、壳温度不同，产生热应力；清洗困难管、壳温度不同，产生热应力；清洗困难2023/3/4单管程、单壳程换热器管、壳程流体的流动单管程、单壳程换热器管、壳程流体的流动2023/3/4双管程、单壳程换热器管、壳程流体的流动双管程、单壳程换热器管、壳程流体的流动2023/3/4列管式换热器的列管式换热器的分类及特点分类及特点列管式换热器的主要缺点是管、壳温度不同，产生列管式换热器的主要缺点是管、壳温度不同，产生热应力；热应力；后果：后果：tt5050时，管弯曲、断裂或管板变形时，管弯曲、断

7、裂或管板变形措施：措施：采用各种补偿办法，消除或减小热应力。采用各种补偿办法，消除或减小热应力。分类：分类：根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器 可分为：可分为：固定管板式固定管板式 安装膨胀节；安装膨胀节；浮浮头式头式 本身具有补偿能力；本身具有补偿能力；U U形管式形管式 本身具本身具有补偿能力。有补偿能力。2023/3/4：固定管板式固定管板式特特点点：结结构构简简单单，成成本本低低；*可可能能产产生生较较大大的的热热应力；壳程不易机械清洗；应力；壳程不易机械清洗；适适用用：壳壳程程流流体体不不易易结结垢垢或或容容易易化化学学清清洗洗；*壳壳体与传

8、热管壁温度之差小于体与传热管壁温度之差小于5050 C C，否则加膨胀节。，否则加膨胀节。2023/3/4带膨胀节的固定管板换热器注注意意：该该补补偿偿方方法法适适用用于于两两流流体体温温差差低低于于70，且壳方流体压强不高于且壳方流体压强不高于600KPa。2023/3/4：浮头式换热器浮头式换热器特点：特点：消除了温差应力、便于清洗和检修；消除了温差应力、便于清洗和检修；结构复杂、成本高；结构复杂、成本高；适用：适用：应用广泛。应用广泛。2023/3/42023/3/4：U管式换热器管式换热器特点：特点：具有温度补偿作用；管程不易清清洗。具有温度补偿作用；管程不易清清洗。适适用用：可可用用

9、于于高高温温高高压压，适适用用于于管管程程为为洁洁净净而而不不易易结垢的流体。结垢的流体。2023/3/42023/3/4U管式换热器管、壳程流体的流动管式换热器管、壳程流体的流动2023/3/42023/3/4：夹套式换热器夹套式换热器 加热蒸汽釜冷凝水物料物料搅拌器 夹 套 式 换 热 器结结构构：在在容容器器外外壁壁安安装夹套制成装夹套制成用用途途：用用于于反反应应过过程程的加热或冷却的加热或冷却优点：优点：结构简单结构简单缺缺点点：传传热热面面受受容容器器壁壁面限制，传热系数小面限制，传热系数小2：板式换热器板式换热器 2023/3/4结结构构：两两块块金金属属薄薄板板焊焊接接在在一一

10、块块分分隔隔板板上上并并卷卷制制成成螺螺旋旋状状，使使之之形形成成两两条条相相互互隔隔开开的的螺螺旋旋形形通通道道；在在顶顶、底底部部分分则则焊焊有有封封头头和和两两流流体体进进出出口口接接管管。其其中中有有一一对对进进出出口口接接管管是是设设在在园园周周边边上上，而而另另一一对对进进出出口则设在园鼓的轴心上口则设在园鼓的轴心上优优点点：传传热热系系数数高高；不不易易结结垢垢和和堵堵塞塞；能能利利用用温温度度较低的热源；结构紧凑较低的热源；结构紧凑缺点：缺点：不易检修；操作压强和温度不不易检修；操作压强和温度不 宜太高宜太高：螺旋版式换热器螺旋版式换热器 2023/3/42023/3/4202

11、3/3/42023/3/42023/3/4：平板式换热器平板式换热器 2023/3/4结结构构：一一组组长长方方形形的的薄薄金金属属板板平平行行排排列列，加加紧紧组组装装于于支支架架上上而而构构成成。两两相相邻邻板板片片的的边边缘缘衬衬有有垫垫片片，且且可可用用垫垫片片的的厚厚度度调调节节通通道道的的大大小小。每每块块板板的的四四个个角角上上，各各开开一一个个圆圆孔孔，通通过过在在孔孔的的周周围围放放置置垫垫片片使使其其中中一一对对圆圆孔孔和和一一组组板板间间流流道道相相通通，冷冷热热流流体体交交错错地地在在板板片片两两侧侧流过，通过板片进行换热。流过，通过板片进行换热。优优点点：传传热热系系

12、数数大大、结结构构紧紧凑凑、操操作作灵灵活活性性大大、金金属材料消耗量低、加工容易、检修清洗方便。属材料消耗量低、加工容易、检修清洗方便。缺点：缺点：操作压力低、操作温度不高、处理量不大。操作压力低、操作温度不高、处理量不大。2023/3/42023/3/42023/3/43：特殊形式换热器特殊形式换热器 热管热管热管热管一种新型传热元件。一种新型传热元件。优优点点：换换热热温温度度差差小小，且且传传热热能能力力大大、应应用用范范围围广、结构简单、工作可靠广、结构简单、工作可靠缺点：缺点：尤其适用于某些等温性要求较高的场合尤其适用于某些等温性要求较高的场合2023/3/41导管 2吸液芯 3蒸

13、汽 4吸热蒸发端 5保温层 6放热冷凝端 2023/3/4二：二：换热器传热过程的强化换热器传热过程的强化 换换热热器器的的强强化化，就就是是提提高高换换热热器器中中冷冷、热热流流体体间的传热速率间的传热速率1：增大传热面积增大传热面积增增大大传传热热面面积积可可提提高高传传热热速速率率，但但增增大大传传热热面面积积不不能能靠靠增增大大换换热热器器的的尺尺寸寸来来实实现现，而而是是要要从从设设备备的的结结构构入入手手，提提高高单单位位体体积积的的传传热热面面积积。如如采采用用小小直直径径管管，用用螺螺旋旋管管、波波纹纹管管代代替替光光滑滑管管，采采用用翅翅片片式式换换热器等都是增大传热面积的有

14、效方法。热器等都是增大传热面积的有效方法。2023/3/42：增大传热温度差增大传热温度差 平平均均温温差差的的大大小小主主要要取取决决与与两两流流体体的的温温度度条条件件。工工艺艺物物料料的的温温度度由由生生产产任任务务所所确确定定，而而换换热热介介质质的的温温度度和和所所选选介介质质有有关关。如如化化工工中中常常用用的的加加热热介介质质是是饱饱和和水水蒸蒸气气，提提高高蒸蒸汽汽的的压压强强就就可可以以提提高高蒸蒸汽汽的的温温度度。但但提提高高介介质质的的温温度度必必须须考考虑虑到到技技术术上上的的可可能能和和经经济济上上的的合合理理。当当换换热热器器中中两两流流体体均均无无相相变变时时，应

15、应尽尽可可能能从从结结构构上上采采用用逆逆流流或或接接近近逆逆流流的的流流向向以以得得到到较大的传热温差。较大的传热温差。2023/3/43：增大总传热系数增大总传热系数 提提高高K K值值，就就必必须须减减小小对对流流传传热热热热阻阻、污污垢垢热热阻阻和和管管壁壁热热阻阻。由由于于各各项项热热阻阻所所占占比比重重不不同同，故故应应设法减小其中较大的热阻设法减小其中较大的热阻。金金属属壁壁面面的的导导热热热热阻阻一一般般不不会会成成为为主主要要热热阻阻；污污垢垢热热阻阻是是一一个个可可变变因因素素，在在换换热热器器投投入入使使用用时时，污污垢垢热热阻阻很很小小，但但随随着着使使用用时时间间加加

16、长长，便便有有可可能能成成为为热热阻阻的的主主要要因因素素。因因此此，应应通通过过增增大大流流速速等等手手段段设法减弱垢层的形成和发展，并注意及时清除污垢设法减弱垢层的形成和发展，并注意及时清除污垢2023/3/4对对流流传传热热热热阻阻是是传传热热过过程程的的主主要要矛矛盾盾，当当换换热热器器壁壁面面两两侧侧对对流流传传热热系系数数相相差差较较大大时时，应应设设法法强强化化对对流流传热系数小的一侧的换热。传热系数小的一侧的换热。减减小小对对流流传传热热热热阻阻的的主主要要途途径径是是减减小小层层流流边边界界层厚度，通常采用的具体手段有：层厚度，通常采用的具体手段有：提提高高流流速速，加加大大

17、Re数数，例例如如增增加加列列管管式式换换热热器器中中的的管管程程数数和和壳壳体体中中的的挡挡板板数数，可可分分别别提提高高管管程程和和壳程的流速。壳程的流速。2023/3/4：增增加加流流体体的的人人工工扰扰动动，以以减减薄薄层层流流底底层层。如如采采用用螺螺旋旋板板式式换换热热器器；采采用用波波纹纹状状或或粗粗糙糙的的换换热热面面等等都都可可提提高高对对流流传传热热强强度度。在在列列管管式式换换热热器器的的壳壳程程中中安安装装折折流流挡挡板板，使使流流体体流流动动方方向向不不断断改改变变，增增加加流流体的扰动，是提高壳程对流传热系数的重要方法体的扰动，是提高壳程对流传热系数的重要方法：利利

18、用用传传热热进进口口段段换换热热较较强强的的特特性性，采采用用短短管管换换热热器器，如如锯锯齿齿形形翅翅片片的的板板翅翅式式换换热热器器，不不仅仅增增加加了了流流体体的的扰扰动动，而而且且由由于于流流道道短短，边边界界层层厚厚度度小小，因因而使对流传热强度加大而使对流传热强度加大 2023/3/4三：三：换热器传热过程强化效果的评价换热器传热过程强化效果的评价在输送功率相等的前提下，比较传热系数的变化在输送功率相等的前提下，比较传热系数的变化 P、P0：强化前后的传热系数：强化前后的传热系数 2023/3/4四：四：列管式列管式换热器的设计和选型换热器的设计和选型 根据生产任务设计或选择合适的

19、换热器。根据生产任务设计或选择合适的换热器。(计算计算传热面积，确定管、壳程数，管规格，管排布等）传热面积，确定管、壳程数，管规格，管排布等）1：列管式换热器设计的基本原则列管式换热器设计的基本原则：流程的选择（一般原则）流程的选择（一般原则）不洁净或易结垢的液体不洁净或易结垢的液体腐蚀性流体腐蚀性流体压力高的流体压力高的流体管程管程2023/3/4饱和蒸汽饱和蒸汽流量小而粘度大的流体流量小而粘度大的流体表面传热系数大的流体表面传热系数大的流体壳程壳程需要冷却的流体需要冷却的流体 以以上上各各点点往往往往不不可可能能同同时时满满足足，应应抓抓住住主主要要矛矛盾盾进进行行选选择择，例例如如，首首

20、先先从从流流体体的的压压力力、腐腐蚀蚀性性及及清清洗洗等等方方面面的的要要求求来来考考虑虑，然然后后再再考考虑虑满满足足其其他他方面的要求。方面的要求。2023/3/4：流速的选择流速的选择流速流速 ，不但，不但a a，还易结垢，甚至堵塞管路，还易结垢，甚至堵塞管路流速流速 ，虽然，虽然a a，但能量损失，但能量损失 流流速速的的选选择择应应综综合合考考虑虑，一一般般根根据据经经验验选选取取见表见表511、512、513：流动方式的选择流动方式的选择对于同样的进、出口条件，传热量相同，对于同样的进、出口条件，传热量相同，S逆逆S并并 管管程程 或或壳壳程程，表表面面传传热热系系数数，但但同同时

21、时流流动动阻力阻力，tm，应权衡确定。，应权衡确定。2023/3/4 管程数管程数的确定：的确定：GB中有中有1、2、4、6 每程管子数相等每程管子数相等经验公式经验公式 壳壳程程数数的的确确定定：当当 t0.8时时，宜宜采采用用多多壳壳程程，单单个个换换热热器器壳壳程程数数不不大大于于2；需需多多壳壳程程时时，一一般般采采取取换换热热器的串联。器的串联。如如当当需需壳壳方方两两程程时时，将将总总管管程程数数分分为为两两部部分分，分分别别安安装装在在两两个个内内经经相相同同而而直直径径较较小小的的外外壳壳中，然后把两个换热器串联中，然后把两个换热器串联2023/3/4：换热管规格和排列的选择换

22、热管规格和排列的选择换热管管径：换热管管径：换热管长度：换热管长度：1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m管子在管板上的排列：根据确定的管程数合理确定管子在管板上的排列：根据确定的管程数合理确定正三角形排列正方形排列正三角形错列2023/3/4：折流挡板折流挡板 板间用拉杆和定距管固定板间用拉杆和定距管固定挡板间距：挡板间距：一般取壳体内径的一般取壳体内径的0.21.0倍，且倍，且50mmGB：固定管板式固定管板式 150mm、300mm、600mm 浮浮 头头 式式 150mm、200mm、300mm、480mm、600mm切去的弓高：切去的弓高：10%D40%D，一般取，一般取20%D

23、和和25%D ：外外壳壳直直径径：可可按按经经验验公公式式估估算算查查手手册册（教教材）材）2023/3/4：流体通过换热器时阻力的计算流体通过换热器时阻力的计算：管程阻力的计算管程阻力的计算 对对于于多多管管程程换换热热器器，流流体体总总阻阻力力应应等等于于各各程程直直管管阻阻力力、回回弯弯阻阻力力及及进进、出出口口阻阻力力之之和和（通通常常忽忽略进、出口阻力）：参考手册（教材公式略进、出口阻力）：参考手册（教材公式595）：壳程阻力的计算壳程阻力的计算 经验关联式经验关联式参考手册或相关化工设计教材参考手册或相关化工设计教材2：列管式换热器设计与选型的具体步骤列管式换热器设计与选型的具体步骤参考手册或相关化工设计教材参考手册或相关化工设计教材2023/3/4