换热设备PPT课件

1、第第6 6章章 换热设备换热设备6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 管壳式换热器的基本结构管壳式换热器的基本结构6.3 6.3 管壳式换热器的标准系列管壳式换热器的标准系列6.4 6.4 管壳式换热器的选用及校核计算管壳式换热器的选用及校核计算6.5 6.5 新型换热器简介新型换热器简介6.6 6.6 传热过程的强化途径传热过程的强化途径第1页/共51页6.1 6.1 概概 述述换热器及其作用换热器及其作用换热器的分类换热器的分类间壁式换热器的间壁式换热器的类型类型第2页/共51页换热器及其作用换热器及其作用v 加热原料加热原料，如原油被加热；，如原油被加热；v 冷却产品冷却产品，如汽油、

2、煤油、柴油等产品的冷却；，如汽油、煤油、柴油等产品的冷却；v 余热回收余热回收，如常、减压炉顶部的烟气余热回收，如常、减压炉顶部的烟气余热回收第3页/共51页换热器的分类换热器的分类加热器、冷却器、加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器等冷凝器、再沸器、蒸发器等按用途分：按用途分：按冷热流体接触方式分按冷热流体接触方式分：直接混合式直接混合式蓄热式蓄热式间壁式间壁式第4页/共51页直接混合式：直接混合式：v 结构简单；传热效率高结构简单；传热效率高v 还可用于气体的除尘、增还可用于气体的除尘、增 湿、冷却及蒸汽的冷凝湿、冷却及蒸汽的冷凝第5页/共51页蓄热式蓄热式： 优点：结构简单，耐高温可改

3、进间优点：结构简单，耐高温可改进间歇式操作为切换式操作歇式操作为切换式操作 缺点：冷、热流体难免有一定程度缺点：冷、热流体难免有一定程度的混合的混合第6页/共51页间壁式换热器：间壁式换热器：广泛使用广泛使用冷流体入口温度冷流体入口温度t t1 1 热流体出口温度热流体出口温度T T2 2热流体入口温度热流体入口温度T T1 1第7页/共51页评价原则评价原则热阻热阻推动力推动力KAttKAQmm1 是否适用于石油化工生产；是否适用于石油化工生产； 其他：结构、清洗和维修、占地面积、造价等等其他：结构、清洗和维修、占地面积、造价等等第8页/共51页间壁式换热器的类型间壁式换热器的类型夹套式换热

4、器夹套式换热器 （Jachet type）主要用于反应过程的加热或冷却，在容器主要用于反应过程的加热或冷却，在容器外壁安装夹套制成外壁安装夹套制成优点：结构简单优点：结构简单缺点：夹套内清洗不便，缺点：夹套内清洗不便，K K小，传热面积小，传热面积A A 受限受限第9页/共51页 蛇管换热器（蛇管换热器（Coil type heat exchangerCoil type heat exchanger）沉浸式蛇管换热器：沉浸式蛇管换热器：喷淋式喷淋式蛇管换热器蛇管换热器：第10页/共51页 套管套管换热器（换热器（Double-pipe typeDouble-pipe type） 优点：构造简单

5、；耐高压；优点：构造简单；耐高压；u u 、A A 可可自由增减；流体可保持纯逆流，利于传自由增减；流体可保持纯逆流，利于传热热 缺点：接头多，易泄漏；单位换热器缺点：接头多，易泄漏；单位换热器长度具有的传热面积较小长度具有的传热面积较小 适于流量不大、适于流量不大、A A较小、要求压强较较小、要求压强较高或传热效果较好的场合高或传热效果较好的场合第11页/共51页 管壳式管壳式换热器换热器 列管式列管式换热器换热器封头封头管束管束浮头浮头壳体壳体折流挡板折流挡板管箱管箱管板管板管程隔板管程隔板应用最应用最广广第12页/共51页1.1.固定管板式固定管板式换热器：换热器：（Fixed-tube

6、-shell heat exchangerFixed-tube-shell heat exchanger）优点：结构相对简单，应用广泛优点：结构相对简单，应用广泛缺点：缺点：壳程不易检修和清洗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。，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（冷热流体温差不能太大（50)50)热补偿方式：热补偿方式：膨胀节膨胀节第13页/共51页2.2.浮头式换热器：浮头式换热器：（Floating head heat exchangerFloating head heat exchanger）浮头式换热器浮头式换热器优点：浮头在壳内自由

7、伸缩，适于冷热流体温差较大的情优点：浮头在壳内自由伸缩，适于冷热流体温差较大的情 况；况；管束可从壳体中抽出管束可从壳体中抽出，便于清洗和检修便于清洗和检修缺点：结构较复杂，金属耗量较多，造价较高缺点：结构较复杂，金属耗量较多，造价较高 热补偿方式：热补偿方式：浮头浮头第14页/共51页3.3.U U型管型管式换热器：式换热器：（U bend heat exchangerU bend heat exchanger） 优点：优点：U U型管壳内自由伸缩，适于温差较大的情况；型管壳内自由伸缩，适于温差较大的情况； U U型换热管可拉出壳外，便于管外清洗；型换热管可拉出壳外，便于管外清洗； 结构简单

8、（无后管板和浮头），重量轻，结构简单（无后管板和浮头），重量轻， 耐高温高压耐高温高压 缺点：缺点：管内清洗困难管内清洗困难，要求管程走清洁流体；，要求管程走清洁流体； 难于安装折流板；管板利用率低难于安装折流板；管板利用率低 热补偿方式：热补偿方式：U U型管型管第15页/共51页6.2 6.2 管壳式换热器的管壳式换热器的基本结构基本结构管束管束管箱与浮头管箱与浮头壳体与封头壳体与封头第16页/共51页第17页/共51页管束管束管板及管子排列方式：管板及管子排列方式：正方形正方形直列直列正方形正方形错列错列三角形三角形直列直列三角形三角形错列错列第18页/共51页折流挡板：折流挡板：作用：

9、提高壳程流体湍动程度，强化传热。作用：提高壳程流体湍动程度，强化传热。型式：型式：圆缺式圆缺式、圆盘式、缺角式等。、圆盘式、缺角式等。圆缺式圆缺式圆盘式圆盘式第19页/共51页单壳程圆盘形折流板管壳式换热器流体在壳内的流动单壳程圆盘形折流板管壳式换热器流体在壳内的流动第20页/共51页管箱与浮头管箱与浮头管箱：管程流体进出口的场管箱：管程流体进出口的场所，起分配管程流体的作用。所，起分配管程流体的作用。浮头：使管程流体在其中改变浮头：使管程流体在其中改变方向，并使管程与壳程流体分方向，并使管程与壳程流体分开。开。管程隔板布置图管程隔板布置图单管程单管程、双管程双管程流体流动：流体流动：第21页

10、/共51页壳体与封头壳体与封头作用：用以约束壳程流体的流动。作用：用以约束壳程流体的流动。椭圆封头椭圆封头壳体壳体第22页/共51页6.3 6.3 换热器的标准系列换热器的标准系列换热器型号的表示换热器型号的表示固定管板式：固定管板式：G-800-I-6-110G-800-I-6-110公称传热面积公称传热面积(m(m2 2) )公称压力公称压力(kgf/cm(kgf/cm2 2) )管程数管程数壳体公称直径壳体公称直径(mm)(mm)换热器形式换热器形式第23页/共51页浮头式：浮头式：F FB B-700-135-25-2-700-135-25-2换热器形式换热器形式壳体公称直径壳体公称直

11、径(mm)(mm)公称传热面积公称传热面积(m(m2 2) )公称压力公称压力(kgf/cm(kgf/cm2 2) )管程数管程数第24页/共51页标准换热器的基本参数标准换热器的基本参数 公称压力、传热面积、管子排列方式、管长、公称压力、传热面积、管子排列方式、管长、管外径、管子总数、管程数、壳程数、管程与壳管外径、管子总数、管程数、壳程数、管程与壳程流通面积、折流板间距、折流板缺口拱高等。程流通面积、折流板间距、折流板缺口拱高等。 在设计时可根据要求查取相应的参数。在设计时可根据要求查取相应的参数。第25页/共51页6.4 6.4 管壳式换热器的选用管壳式换热器的选用及校核计算及校核计算选

12、用及设计选用及设计原则原则选用及设计步骤选用及设计步骤第26页/共51页选用及设计原则选用及设计原则1.1.换热器形式的选择：换热器形式的选择： 综合考虑冷热流体的温差及壳程流体的性质；综合考虑冷热流体的温差及壳程流体的性质；2.2.管子的规格及排列方式：管子的规格及排列方式：规格：规格：19192mm 2mm 25252.5mm2.5mm两种两种长度：长度：1.5m1.5m、2m2m、3m3m、6m6m，其中，其中3m3m、6m6m较多用较多用排列方式：正三角形排列、正方形直列、转角正方形排列排列方式：正三角形排列、正方形直列、转角正方形排列3.3.流体的流速：流体的流速： u u ，污垢热

13、阻，污垢热阻K KA A ； 但但u u 流动阻力流动阻力，动力消耗，动力消耗。 适宜的流速既要考虑经济权衡又要兼顾结构上的要求，充分利用工适宜的流速既要考虑经济权衡又要兼顾结构上的要求，充分利用工艺上允许的压强降来选择较高的流速是换热器设计的一条重要原则。艺上允许的压强降来选择较高的流速是换热器设计的一条重要原则。第27页/共51页4.4.流程的选择流程的选择：不洁净和易结垢的流体宜走管程，管内清洗方便不洁净和易结垢的流体宜走管程，管内清洗方便; ;腐蚀性流体宜走管程；腐蚀性流体宜走管程；压强高的流体宜走管程，节省壳体金属消耗量；压强高的流体宜走管程，节省壳体金属消耗量；饱和蒸汽宜走壳程；饱

14、和蒸汽宜走壳程；被冷却的流体宜走壳程；被冷却的流体宜走壳程；有毒流体宜走管程；有毒流体宜走管程；粘度大的液体或流量小的流体宜走壳程；粘度大的液体或流量小的流体宜走壳程；若两流体的温差较大，若两流体的温差较大，大的流体宜走壳程，以减小管壁和壳壁的温度差。大的流体宜走壳程，以减小管壁和壳壁的温度差。第28页/共51页5.5.换热终温：换热终温：v 冷热流体两端的温度由工艺条件规定；冷热流体两端的温度由工艺条件规定；v 加热介质或冷却介质出口温度需由设计者确定；加热介质或冷却介质出口温度需由设计者确定；v 设计中，冷却水两端温差可取设计中，冷却水两端温差可取5-105-10。6.6.材料选用：材料选

15、用：v 根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用; ;v 金属材料：碳钢、低合金钢、不锈钢、铜和铝金属材料：碳钢、低合金钢、不锈钢、铜和铝; ;v 非金属材料：石墨、聚四氟乙烯、玻璃非金属材料：石墨、聚四氟乙烯、玻璃; ;v 不锈钢和有色金属材料抗腐蚀性能好，但价格相对较高。不锈钢和有色金属材料抗腐蚀性能好，但价格相对较高。第29页/共51页7. 7. 管程和壳程数的确定：管程和壳程数的确定： 为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程流体阻力加为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程流体阻力加大，增加动力费用；同时多程会使平均

16、温度差下降；此外多程隔板使管板上大，增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面积减少，设计时应考虑这些问题。可利用的面积减少，设计时应考虑这些问题。 标准中管程数有标准中管程数有1 1、2 2、4 4和和6 6程等四种。程等四种。 采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。 第30页/共51页选用及设计步骤选用及设计步骤1.1.试算并初选设备规格：试算并初选设备规格：(1)(1)确定流体流动途径，根据传热任务确定流体流动途径，根据传热任务计算热负荷计算热负荷Q Q ；(2)(2)确定流体两端的温度，确定流体两端的温度，选择

17、选择列管式换热器的列管式换热器的型式型式；(3)(3)计算计算ttm m ，并根据温度校正系数，并根据温度校正系数0.80.8的原则，决定壳程数；的原则，决定壳程数； (4)(4)选定选定K K 值值，由，由Q QKAtKAtm m 初步算出初步算出A A ，并确定换热器的基本尺寸或按系列，并确定换热器的基本尺寸或按系列标准标准初步选择初步选择设备规格。设备规格。 第31页/共51页2.2.核算总传热系数核算总传热系数K K ： 计算计算i i 和和o o，确定污垢热阻，确定污垢热阻R Rsisi和和R Rsoso，再，再计算计算K K，比较，比较K K的初始值和计算值，的初始值和计算值，若若

18、K K/K/K1.151.151.251.25，则初选的设备合适。否则需另设，则初选的设备合适。否则需另设K K 值，重复以上计算步骤。值，重复以上计算步骤。 3.3.核算传热面积核算传热面积A A ： 计算计算所需传热面积所需传热面积A Ac c ，与换热器实际面积，与换热器实际面积A Aa a 相比，当相比，当(A(Aa a-A-Ac c)/A)/Ac c=0.1=0.10.20.2，所选换热器适宜，否则重复前述步骤。，所选换热器适宜，否则重复前述步骤。4.4.计算管、壳程压强降：计算管、壳程压强降： 若若压强降压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另不符合要求，要

19、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。一规格的设备，重新计算压强降直至满足要求为止。第32页/共51页计算计算Q Q计算计算t tm m，逆，逆初选初选K K初初A AA A查标准系列查标准系列初选换热器型号初选换热器型号计算计算i i、o o确定确定R Raiai、R Raoao校核校核K K ：B BD DE EmtKQA初初iosiimosoooddRddRK111第33页/共51页B B确定确定、t tm m计算所需计算所需A Ac cC CC C换热器适宜换热器适宜计算压力降计算压力降结束结束YesYesYesYesNoNoD DN

20、oNoE E调整调整K K初初)25. 115. 1 (初初计计KK2 . 01 . 0ccaAAAYesYesNoNoE E第34页/共51页6.5 6.5 新型换热器简介新型换热器简介翅片式换热器翅片式换热器螺旋板式换热器螺旋板式换热器板式换热器板式换热器板翅式换热器板翅式换热器热管换热器热管换热器第35页/共51页翅片式翅片式换热器换热器增加传热面积及增加传热面积及管外流体的湍动程度管外流体的湍动程度第36页/共51页空冷器：空冷器：优点：适合于缺水地区，优点：适合于缺水地区， 传热面积大传热面积大缺点：装置庞大，动力消缺点：装置庞大，动力消 耗大耗大第37页/共51页螺旋板式换热器螺旋

21、板式换热器第38页/共51页 螺旋板式螺旋板式换热器：换热器：优点：可保持纯逆流，总优点：可保持纯逆流，总 传热系数高；不易传热系数高；不易 堵塞；结构紧凑堵塞；结构紧凑缺点：操作压强和温度不缺点：操作压强和温度不 宜太高；不易检修宜太高；不易检修第39页/共51页板式换热器板式换热器 由传热板片、密封垫片和压紧装由传热板片、密封垫片和压紧装置组成；置组成； 冷、热流体交替地在板片两侧流冷、热流体交替地在板片两侧流过，通过金属板片进行换热；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每块金属板面冲压成凹凸规则的波纹，强化传热波纹，强化传热 第40页/共51页板式换热器板片板式换热器

22、板片第41页/共51页板式换热器板式换热器工作原理：工作原理：第42页/共51页板式换热器的特点：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；优点：结构紧凑，单位体积设备所提供的传热面积大； K K 高（对低粘度液体，可高达高（对低粘度液体，可高达7000W7000W（m m2 2)）；）； 可根据需要增减板数以调节传热面积；可根据需要增减板数以调节传热面积； 检修和清洗较方便检修和清洗较方便 缺点：处理量不大；缺点：处理量不大； 操作压强较低，操作压强较低，P P 150015002000kPa2000kPa； 受垫片耐热性能的限制，操作温度不能过高，对合受垫片耐热性能

23、的限制，操作温度不能过高，对合 成橡胶垫圈不超过成橡胶垫圈不超过130130，压缩石棉垫圈低于，压缩石棉垫圈低于5050第43页/共51页板翅式换热器板翅式换热器 在两块平行的薄金属板在两块平行的薄金属板( (平隔板平隔板) )间，夹入波纹状的金属翅片，两边以侧间，夹入波纹状的金属翅片，两边以侧条密封，组成一个条密封，组成一个单元体单元体。将各单元体进行不同的叠积和适当地排列，可得。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，称为芯部或板束芯部或板束。 板翅式换热器的板束板翅式换热器的板束第44页/共51页锯齿翅片锯齿翅片 光直翅片光直翅片 多孔翅片多孔翅片 错流错流 逆流逆流 第45页