化工机械-换热器

1、 换热器（换热器（heat exchanger），是），是将热流体的部分热量传递给冷流体的将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业生石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。在化工生产中换产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器换热器1、直接接触式换热和混合式换热器、直接接触式换热和混合式换热器 对某些传热过程对某些传热过程,可使热、冷流体直接混合进可使热、冷流体直接混

2、合进行热交换。行热交换。 这种换热方法的优点是传热效果好，设备结这种换热方法的优点是传热效果好，设备结构简单。这种换热方式所采用的设备称为混合式构简单。这种换热方式所采用的设备称为混合式换热器。换热器。 直接接触式换热的特点：直接接触式换热的特点： （1） 传热效果好，设备结构简单；传热效果好，设备结构简单； （2）在进行传热的同时）在进行传热的同时 ，伴有传质过程。，伴有传质过程。混合式冷凝器混合式冷凝器 被冷凝的蒸汽与冷却水在器内逆流流动，被冷凝的蒸汽与冷却水在器内逆流流动，上升蒸汽与自上部喷淋下来的冷却水相接触而上升蒸汽与自上部喷淋下来的冷却水相接触而冷凝，冷凝液与冷却水沿气压管向下流动

3、。冷凝，冷凝液与冷却水沿气压管向下流动。2、蓄热式换热和蓄热器、蓄热式换热和蓄热器 蓄热式换热是在蓄热器中实现热交换的一种换蓄热式换热是在蓄热器中实现热交换的一种换热方式。蓄热器内装有固体填充物，热、冷流体交热方式。蓄热器内装有固体填充物，热、冷流体交替地流过蓄热器，利用固体填充物来积蓄和释放能替地流过蓄热器，利用固体填充物来积蓄和释放能量而达到换热的目的。成对使用，难避免两流体的量而达到换热的目的。成对使用，难避免两流体的混合。混合。 一般说来，这种传热方式只适用于气体介质：一般说来，这种传热方式只适用于气体介质： （1）对于液体会有一层液膜粘附在固体表面）对于液体会有一层液膜粘附在固体表面

4、上，从而造成冷热流体之间的少量掺混；上，从而造成冷热流体之间的少量掺混； （2）气体的体积比热容较填充物小得多，液）气体的体积比热容较填充物小得多，液体则不然。体则不然。蓄热式换热器蓄热式换热器（1）间壁式传热过程）间壁式传热过程 工业上应用最多的是间工业上应用最多的是间壁式传热过程。如图所示，热、壁式传热过程。如图所示，热、冷流体通过间壁传递热量的过冷流体通过间壁传递热量的过程包括三个步骤：程包括三个步骤： 热流体给热于管壁内侧；热流体给热于管壁内侧； 热量自管壁内侧传导至管热量自管壁内侧传导至管壁外侧；壁外侧； 管壁外侧给热于冷流体。管壁外侧给热于冷流体。3. 间壁式换热和间壁式换热器间壁

5、式换热和间壁式换热器1）传热（或换热）过程：）传热（或换热）过程：在冷、热流体之间进行在冷、热流体之间进行的热量传递总过程通常的热量传递总过程通常称为传热（或换热）过称为传热（或换热）过程程 ；2）对流传热过程：将流）对流传热过程：将流体与壁面之间的热量传体与壁面之间的热量传递过程称为对流传热过递过程称为对流传热过程程 。间壁式换热和间壁式换热器间壁式换热和间壁式换热器种类套管式换热器列管式（单管程单壳程） 列管式（双壳程） 列管式（双管程）示意图 注释由直径不同的两根管子同心套在一起组成。当流体在管束内（间）流动的距离2个换热器列管长度时，称相应的换热器为多管程（壳程）换热器。典型典型的间壁

6、式换热器的间壁式换热器间壁式换热器类型间壁式换热器类型1、管式换热器、管式换热器（一）蛇管换热器（一）蛇管换热器(1) 沉浸式蛇管换热器沉浸式蛇管换热器优点：优点： 结构简单结构简单 管内能耐高压管内能耐高压缺点：缺点： 管外管外 小小强化措施：强化措施： 容器内加搅拌容器内加搅拌器，提高器，提高K(2) 喷淋式换热器喷淋式换热器优点：优点： 结构简单结构简单 管内能耐高压管内能耐高压 管外管外 比沉浸式大比沉浸式大缺点：缺点： 喷淋不易均匀喷淋不易均匀 占地面积大占地面积大（二）套管换热器（二）套管换热器优点：优点： 结构简单结构简单 能耐高压能耐高压 (K)或或 tm大大缺点：缺点： 结构

7、不紧凑结构不紧凑A/V小小 接头多，易漏接头多，易漏(三三)管壳式换热器管壳式换热器a.固定管板式换热器固定管板式换热器特点：结构简单；但壳程检修和清洗困难特点：结构简单；但壳程检修和清洗困难。b. U型管换热器型管换热器特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。c. 浮头式换热器浮头式换热器特点：可完全消除热应力特点：可完全消除热应力,便于清洗和检修便于清洗和检修, 结构复杂结构复杂（一）夹套换热器（一）夹套换热器优点：优点： 结构简单结构简单缺点：缺点： A小小 釜内釜内 小小强化措施：强化措施： 釜内加搅拌釜内加搅拌 釜内加蛇管釜内加蛇管 外循环外循环2

8、、板式换热器、板式换热器(二二)板式换热器板式换热器优点：结构紧凑，单位体优点：结构紧凑，单位体积设备所提供的传热面积积设备所提供的传热面积大；总传热系数高，；可大；总传热系数高，；可根据需要增减板数以调节根据需要增减板数以调节传热面积；检修和清洗都传热面积；检修和清洗都较方便。较方便。 缺点：处理量不太大；操缺点：处理量不太大；操作压强较低，一般低于作压强较低，一般低于1500kPa，最高也不超过，最高也不超过2000kPa；因受垫片耐热；因受垫片耐热性能的限制，操作温度不性能的限制，操作温度不能过高。能过高。(三三)螺旋板式换热器螺旋板式换热器 a. “I”型结构型结构 两个螺旋流道的两侧

9、完全为焊接密封的两个螺旋流道的两侧完全为焊接密封的“I”型型结构，是不可拆结构，如图结构，是不可拆结构，如图(a)所示。两流体均作所示。两流体均作螺旋流动，通常冷流体由外周流向中心，热流体从螺旋流动，通常冷流体由外周流向中心，热流体从中心流向外周，即完全逆流流动。这种型式主要应中心流向外周，即完全逆流流动。这种型式主要应用于液体与液体间传热。用于液体与液体间传热。b.“”型结构型结构 型结构如图型结构如图(b)所示。一个螺旋流道的两侧为焊所示。一个螺旋流道的两侧为焊接密封，另一流道的两侧是敞开的，因而一流体在螺接密封，另一流道的两侧是敞开的，因而一流体在螺旋流道中作螺旋流动旋流道中作螺旋流动,

10、另一流体在另一流道中作轴向流另一流体在另一流道中作轴向流动动.这种型式适用于两流体流量差别很大的场合，常用这种型式适用于两流体流量差别很大的场合，常用作冷凝器、气体冷却器等。作冷凝器、气体冷却器等。c. “”型结构型结构 “”型结构如图型结构如图(c)所示。一种流体作螺所示。一种流体作螺旋流动，另一流体是轴向流动和螺旋流动的旋流动，另一流体是轴向流动和螺旋流动的组合。适用于蒸气的冷凝冷却。组合。适用于蒸气的冷凝冷却。螺旋板换热器的优点：螺旋板换热器的优点： (1)总传热系数高总传热系数高 (2)不易堵塞不易堵塞(3)能利用低温热源和精密控制温度能利用低温热源和精密控制温度 (4)结构紧凑。单位

11、体积的传热面积为列管换热器的结构紧凑。单位体积的传热面积为列管换热器的3倍倍螺旋板换热器的螺旋板换热器的缺点：缺点：(1)操作压强和温度不宜太高操作压强和温度不宜太高 (2)不易检修不易检修3、翅片式换热器、翅片式换热器(一一)翅片管换热器翅片管换热器 当两种流体的对流传热系数相差很大时，例如用水蒸气加热空气，当两种流体的对流传热系数相差很大时，例如用水蒸气加热空气，此传热过程的热阻主要在气体一侧。若气体在管外流动，则在管外装置此传热过程的热阻主要在气体一侧。若气体在管外流动，则在管外装置翅片，既可扩大传热面积，又可增加流体的湍动，从而提高换热器的传翅片，既可扩大传热面积，又可增加流体的湍动，

12、从而提高换热器的传热效果。一般来说，当两种流体的对流传热系数之比为热效果。一般来说，当两种流体的对流传热系数之比为3：1或更大时，或更大时，宜采用翅片式换热器。宜采用翅片式换热器。 (二二)板翅式换热器板翅式换热器 板翅式换热器的结构型式很多，板翅式换热器的结构型式很多，但其基本结构元件相同，即在两块平但其基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板行的薄金属板(平隔板平隔板)间，夹人波纹状间，夹人波纹状的金属翅片，两边以侧条密封，组成的金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体。一个单元体。 将各单元体进行不同的叠积和适将各单元体进行不同的叠积和适当地排列，再用钎焊给予固定，即可当地排列，再用钎焊

13、给予固定，即可得到常用的逆、并流和错流的板翅式得到常用的逆、并流和错流的板翅式换热器的组装件，称为芯部或板束。换热器的组装件，称为芯部或板束。如图如图4-51所示。所示。 将带有流体进、出口的集流箱焊将带有流体进、出口的集流箱焊到板束上，就成为板翅式换热器。目到板束上，就成为板翅式换热器。目前常用的翅片形式有光直型翅片、铝前常用的翅片形式有光直型翅片、铝齿形翅片和多孔型翅片，如图齿形翅片和多孔型翅片，如图452所所示。示。 板翅式换热器的主要优点有：板翅式换热器的主要优点有： (1)总传热系数高，传热效果好总传热系数高，传热效果好 (2)结构紧凑结构紧凑 (3)轻巧牢固轻巧牢固 (4)适应性强

14、、操作范围广适应性强、操作范围广 板翅式换热器的缺点有：板翅式换热器的缺点有： (1)由于设备流道很小，故易堵塞，而且增大压由于设备流道很小，故易堵塞，而且增大压强降；换热器一旦结垢，清洗和检修很困难，所以强降；换热器一旦结垢，清洗和检修很困难，所以处理的物料应较洁净或预先进行净制。处理的物料应较洁净或预先进行净制。 (2)由于隔板和翅片都由薄铝片制成，故要求介由于隔板和翅片都由薄铝片制成，故要求介质对铝不发生腐蚀。质对铝不发生腐蚀。 4、热管换热器、热管换热器热管换热器的主要特点热管换热器的主要特点:1、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，、热管换热器可以通过换热器的中隔板使

15、冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济。较低的热能回收