换热设备最新课件

1、第 六 章第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新26 换热设备6.1概 述6.1.1 换热设备的应用应用广度化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械等许多工业部门、换热设备的投资在化工厂约占总投资的10%20%；在炼油厂约占总投资的35%40%。实现把冷流体加热或把热流体冷却，把液体气化或把蒸气冷凝成液体等工艺目的；实现把生产过程中的余热或废热回收以便供暖、供汽的工艺目的。应用目的换热设备使热量从热流体传递到冷流体的设备第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新3冷热流体直接接触、彼此混合为增加冷、热流体的接触面积以充分换热，换热器常采用塔状结构，内设填料和栅板，如冷却塔、气压

2、冷凝器等。特点： 传热效率高、设备简单，单位体积传热面积大， 但仅适于工艺上允许冷、热流体混合的场合。6.1.2 换热设备分类及其特点6.1.2.1 按作用原理或传热方式分类直接接触式换热器（混合式换热器）第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新4用固体（如填料或多孔格子砖）作为蓄热体，与热流体和冷流体交替接触，把热流体中的热量传给冷流体特点：冷、热流体均与蓄热体接触，故有少量混合，适于工艺上允许冷、热流体有少量混合的场合。紧凑、便宜、单位体积传热面积大，适于气气热交换的场合。蓄热式换热器（回热式换热器）第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新5第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备

3、最新6在冷、热流体之间设置器壁隔开，使它们互不接触，由器壁传热应用广泛，如管壳式换热器、板式换热器等间壁式换热器（表面式换热器）两个间壁式换热器分别通过热流体和冷流体，循环流动的载热体将热量从热流体传给冷流体：中间载热体式换热器载热体循环流动热流体载热体放热载热体吸热冷流体第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新7管式换热器特点： 利用管子壁面传热；坚固、可靠、适应性强、容易制造、能承受较高的压力和温度；目前应用最广泛。6.1.2.2 间壁式换热器分类(1) 蛇管式换热器a. 沉浸式蛇管主要特点：蛇管形状可根据设备外形确定，非常灵活；管子可承受较大的介质压力；管外流体的流速较小，传热效率较

4、低；常用于高压流体（管内流动）的冷却第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新8第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新9b. 喷淋式蛇管主要特点：管外流体（喷淋水）的流速较快，传热效率较高；冷却水用量大；便于检修和清洗。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新10(2) 套管式换热器主要特点：管内流体与管外流体的流速均较快，传热效率较高；金属耗量大，检修和清洗麻烦；适于高温、高压、小流量的场合。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新11(3) 管壳式换热器主要特点：坚固、易于制造、成本低、选材方便；可靠、处理能力大，适应范围广；传热效率、金属耗量和结构紧凑性等一般；应用非常广

5、泛，耐高压、高温第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新12(4) 缠绕管式换热器换热设备最新13主要特点：管子缠绕成单层或多层螺旋管，同层管间不并死，内、外层管间也有间隔，管侧流体是一种流体，壳侧流体是另一种（单通道）或另外多种（多通道）流体（各行其道）；适用于同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大热量且管内压力较高的场合。板面式换热器利用板面（壁）传热；流体在较低速度下就能湍动，有利于传热；耐压性能不如管式换热器特 点：第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新14主要特点：两张平行板卷制成两个蜗状体，构成两个蜗状通道，分别流通冷、热流体；结构紧凑，单位体积的传热面积约为管壳式换热

6、器的23倍，传热效率比其高50%100%；制造简单、材料利用率高；流道弯曲而流体有惯性，故有自冲刷作用，不易结垢；适于液液、气液流体换热，特点适于高粘度、含固体颗粒流体的换热。(1) 螺旋板式换热器第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新15第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新16主要特点：类似于板框压滤机，主要由金属板（相当于滤板）、导杆、密封垫及压紧装置组成。金属板冲压成波纹形或槽形等，以增加刚度和流体的湍动，提高传热效率，金属板的边角处开有圆孔，压紧后构成流体的水平通道。导板水平布置，用于支承金属板并在压紧和松开时导向。金属板被压紧时，密封垫使金属板之间构成流体的铅垂通道，且

7、保证密封。松开压紧装置即可清理板间污垢。(2) 板式换热器结构复杂、密封易失效、密封垫不允许在高温下工作，通道狭窄堵塞，流体的阻力损失大；传热效率高、清洗和维修方便；适于处理从水到高粘度的液体及需要经常清洗的场合。结 构：第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新17第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新18(3) 板翅式换热器第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新19主要特点：翅片为波纹状，传热面积大，单位体积内的传热面积约为管壳式换热器的十几几十倍，换热效率是其310倍，单位换热量下的重量是其10%65%；结构复杂、造价高；流道小、易堵塞、不易清洗、难以维修；适于多种流体在同

8、一换热器内换热，特别适于低温或超低温场合。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新20主要特点：结构类似于管壳式换热器，但是用板材做成非圆形断面的通道；性能介于管壳式换热器与板式换热器之间。(4) 板壳式换热器第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新21主要特点：特殊结构，为满足特殊需要设计(1) 石墨换热器耐腐蚀性非常好，适于除强氧化酸以外的各种强腐蚀性介质；导热性好使换热效率高，线膨胀系数小使结构设计容易；抗压不抗拉，脆性大，结构设计时应充分利用该特点；热传导具有各向异性，结构设计时应充分利用该特点；主要结构形式有管壳式和块式。特 点：其它型式换热器第第6 6章章 换热设备换热设备

9、换热设备最新22主要特点：耐腐蚀，适于强腐蚀介质；韧性好，能制成小口径薄壁软管，使结构紧凑、灵活；强度和导热性较差，适于t150、p1.5MPa的介质；主要结构形式有管壳式和沉浸式。(2) 聚四氟乙烯换热器热管：密闭真空的金属管子内镶套用特殊材料制成的毛细孔管子，管子内充有载热液态介质。(3) 热管换热器第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新23第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新24主要特点：结构简单、重量轻、经济耐用；在极小的温差下，具有较高的传热能力；适于温度范围很大：2002000，特别适于工业尾气余热回收；冷、热流体阻力小，运行可靠，传热效率高，可达90%。蒸发段从热流

10、体吸热，使热管式载热液体蒸发而体积膨胀，并向冷凝段流动。热管在冷凝段将热量传给冷流体，并将蒸气冷凝成液体。冷凝液体穿过毛细孔管又流回蒸发段，如此循环换热。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新25流体性质：主要是腐蚀性，其次是结垢速率；流体压力与温度：高压、高温时宜用管壳式，否则宜用板面式；换热器价格6.1.3 换热器选型选型因素：第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新26a. 固定管板式6.2.1 基本类型及特点6.2管壳式换热器第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新27结构特点：优点：结构简单、紧凑、能受高压，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于更换或将其堵住。缺点：当管

11、束与壳体的壁温相差较大、或二者材料的线膨胀系数相差较大时，管束与壳体之间将产生较大的轴向热应力。应用：壳程介质清洁且不易结垢，管程、壳程温差不大，或温差虽大但壳程压力不高的场合。管束连接在管板上，管板与壳体焊接。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新28b. 浮头式（b) b) 浮头式换热器浮头式换热器左端管板与壳体固定，右端管板可相对壳体轴向自由移动（称为浮头），浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体中抽出。结构特点：第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新29优点：管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力；管内和管间清洗方便。缺点：与固定管板式相比，结

12、构复杂、用材量大，笨重，造价高；密封环节多，浮头的密封性能在操作中无法检查。应用：壳体和管束的壁温差较大或壳程介质易结垢的场合第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新30c. u形管式（c) Uc) U形管式换热器形管式换热器第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新31缺点：u形管不能拐急弯，故壳体轴线附近无管子，管束根数少，对处理量和换热不利；当管子损坏泄漏时，内层管子无法更换，只能堵住，而堵一根u形管实际上损失两根并列管，报废率高。应用：管、壳壁温差较大、壳程介质易结垢、管程介质不易结垢、高温高压高腐蚀的场合。只有一块管板，管束是多根u形管，其两端固定在同一块管板上，管子可自由伸缩

13、。结构特点：第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新32填料函式换热器(e) 填料函分流式换热器(d) 填料函双壳程换热器第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新33缺点：填料函处易泄漏。应用：适于压力0，pt=0，不计热膨胀差； ps0，pt=0，计入热膨胀差； ps=0，pt0，不计热膨胀差； ps=0，pt0，计入热膨胀差；ps壳程压力；pt管程压力(3) 管板应力校核在不同的危险工况组合下，算出相应的管板布管区应力、管板非布管区应力、壳体法兰应力、换热管轴向应力、换热管与管板连接处拉脱力等，再进行各危险工况组合下的应力校核。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新65(4)

14、 降低管板应力的措施如果管板应力校核未通过，可采用下列措施降低管板应力：a. 增加管板厚度，以增加其抗弯截面模量；b. 降低壳体的轴向刚度，以降低其温差应力。最有效的措施是设置膨胀节；(5) 管板设计计算软件管板的设计计算十分繁杂，为此GB151中提供了便于工程设计计算的算式和图表，但是工作量仍然很大。为此中国研发了有关的计算机应用软件，如SW6等，可以大大提高设计计算效率。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新66薄管板设计前面“管板结构”指出：薄管板适于两侧压力差较小而温度差较大的场合，因此薄管板的工作应力主要是温差应力。而温差应力较小，因此可根据换热器直径确定管板厚度。因为薄管板的

15、弯曲刚度较小，与其连接的管束必然承受较大的轴向载荷，当管子受压时容易失稳，故需要验算管子的稳定性。十分繁杂的设计计算和计算机应用软件，主要适于厚管板的设计计算。161412108管板厚度140018009001200700800500600300400公称直径表63薄管板的厚度第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新676.2.4 膨胀节设计膨胀节的作用与结构形式作用：补偿壳体及其结构链的热变形，从而降低壳体与管束的轴向应力、管束与管板连接处的拉脱力和管板的弯曲应力。结构形式：有平板式、夹壳式、u形和形等，其中u形应用最广泛，适于补偿量较大的场合；形应用较广泛，适于压力较高的场合。平板式制

16、造时不需专用成形设备，但受力不合理；夹壳式结构复杂，适于压力较高的场合。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新68换热设备最新69是否设置膨胀节的判断管程和壳程内的冷热流体的压力差与温度差较大时，管子与壳体因受力不均会导致变形不协调，从而产生应力，其中温度差造成的热膨胀应力还与管子与壳体的材料有关，因此应首先在选材方面考虑，另外在换热器结构方面考虑。只有在做出这些考虑后仍然不行的情况下，才考虑设置膨胀节。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新706.2.5 管束振动和防止流动诱导振动壳程流体在垂直于管束方向的冲力很容易诱导激发管束的振动。流体诱导振动的原因主要是流体的湍动，其次是低

17、速流的卡曼旋涡和高速流的弹性扰动。振动源激发频率与管束固有频率相同时，管束便会共振。防振措施改变流速；改变管束固有频率；增设消声板；设置防冲板或导流筒；在管子外表缠绕金属丝或焊接轴向金属条（抑制周期性旋涡）。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新71 回收高温尾液与尾气（如烟气）中的余热，节约能源。 满足生产工艺对相邻工段的降温需要将高温介质降为低温介质，回收热量。 在回收余热或热量的同时对有害废气或废液进行环保处理，防止污染环境。6.3.1 余热锅炉的作用6.3余热锅炉（废热锅炉）第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新72 结构形式多种多样，与一般锅炉的主要区别是没有燃烧器； 有

18、些余热锅炉分体安装在工艺流程中的不同位置，其工作情况会影响整个工艺过程的情况； 生产原料（热源）多种多样，废水废气的组成、温度腐蚀性等不同要求余热锅炉的适应性也相应不同； 热源的热负荷经常波动会导致余热锅炉操作不稳定； 对于高温、高压工况的余热锅炉，其结构、材料等方面的要求很高。6.3.2 余热锅炉的基本特点换热设备最新73管壳式余热锅炉结构上与管壳式换热器相同；结构紧凑、金属耗量少；适应的介质和操作条件广泛；壳体、管板、管箱、进出口管之间均焊接；管板与管束采用胀接。6.3.3 余热锅炉的基本结构烟道式余热锅炉用耐火砖砌成立式烟道（相当于壳体），管束平行布置在烟道内，热烟气自下而上流经壳程（无折流板），冷水流经管程并吸热变成蒸汽。因烟气中含尘、硫量高，故磨损严重、腐蚀严重。第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新74传热方程：Q=KFT6.4.1 传热强化概述6.4传热强化技术式中：Q传热量，w（瓦特）K 传热系数，w/(m2)F 传热面积，m2T冷、热流体的平均传热温差， 第第6 6章章 换热设备换热设备换热设备最新75增加平均传热温差T换热器进、出口处冷、热流体的温度，有些是由生产工业决定的，但是换热器内部的冷、热流体的温度差可通过换热器的结构设计调整，如尽可能使冷、热流体在管、壳程中逆向流动，或布置多股流体流动与换热等，均可增加T。扩大换热面