换热设备的分类

1、换热设备的分类一换热设备的种类炼油厂用换热设备的型式很多，将其常用的分 类如下：1 1 按用途分类（1 1）换热器 两种温度不同的流体进行热量 的交换，使一种流体降温而另一种流体升温，以满 足各处的需要，经过换热就充分回收了热量，节省了成本。（2 2）冷凝器 在两种温度不同的流体进行热 量交换中，有一种流体是从气态就冷凝成为液态，温度变化并不大，就称为冷凝器。（3 3） 蒸发器和上述相反，若有一种流体被 加热而蒸发成为气体，就称为蒸发器。（4 4） 冷却器凡是热量不回收利用，单纯只 要一种流体冷却的换热器，称为冷却器。（5 5）加热器 凡是利用废热而单纯只要一种 流体加热升温的换热器，称为加热

2、器。2 2 按换热方式分类（1 1）间壁式换热设备。在冷、热两种流体间有一定形状的表面把流体分隔开， 热量通过此种 间隔表面而互相交换，两种流体不相混合。这是炼 油厂中普遍采用的方式。（2 2） 蓄热式换热设备。冷、热两种流体依 次先后通过蓄热器，分别和蓄热器内的固体填充物 进行交换，例如高温气体先通过蓄热器，将热量传 递给器内填料，使填料升温而积蓄热量；关闭高温气体通路，再切换通入冷气体，高温填料就又把热 量放出给了冷气体， 使冷气体升温； 依次不断反复，称为蓄热式换热。这种设备炼油厂内很少应用。（3 3） 混合式换热设备。使冷、热两种流体 直接混合，而交换热量，如炼油厂内常用的凉水塔，就是

3、用空气直接吹过被分散的热水表面，使热水降 温而循环使用，这种方式所用设备较简单，换热效 率也高，但大多数情况下，不允许两种流体混合， 所以应用也有限。3 3 按结构型式分类间壁式换热设备的种类繁多，但从间壁表面的 特征来看，可分为两大类：(1)(1)管式换热设备。传热面是各种管子，冷、热两种流体分别在管内和管外通过，经管壁面交换 热量，这是炼油厂内应用最普通的换热设备。从具 体结构上细分，它又可分为：A.A.管壳式换热设备。这种设备的特点是在圆筒形外壳中装有管束，一种流体在管内流动称为 管程，另一流体在管外流动，称为壳程，它又可分 为：a.a.固定管板式，如图 241241 所示，两块管板均固

4、定在外壳圆筒上，其上胀接着许多小管子，称 为管束。这是最简单的一种结构，但当冷、热流体 的温度差较大时，管束与外壳的热膨胀伸长量就不 一样大， 管子就会从管板上被拉脱而泄漏，所以它 只适用于冷、热两流体的平均温度差较低(例如不 超过 6060 - 8080 度)的场合。它的管外表面结垢后不易 清洗，所以管外流体不应结焦、结垢或沉淀。b.b.带膨胀节的固定管板式，如图242242 所示，在壳体上装有波形膨胀节，可补偿部分热膨胀量，使它可用于冷、热两流体平均温差较高的场合，但波形膨胀在壁较厚时，作用就不明显，所以这种 型式的换热器主要用于压力较低（例如壳程压力6 6-1010 公斤/ /厘米 2

5、2 以下）的场合。c.c.浮头式如图24243 3所示， 一端管板被夹持 在壳体上，另一端管板则做成浮头式，可在壳体内 抽出，管内管外均可清洗，对流体也没什么限制，所以在炼油厂内是应用最多的型式。其缺点是结构 较复杂，造价稍高，浮头处易漏而不易检查出来。d.d.U U 形管式如图 244244 所示，只有一个管板，管子全部弯成 U U 形管，可以自由膨胀，也可以 从壳体内抽出，以便于清洗。只是管子内壁在U U 形弯头处不易清洗，管子更换困难，管板上排列的管 子较少。它主要用于管内流体压力较高而且较干净的场合。图 241 固定管板式管壳图 2.4.2带膨胀节的固定管板式管壳换热器图 2.4.3浮

6、头式管壳换热器图 2.4.4 U 形管式动，但密封是靠填料函，结构比浮头稍简单。在壳 程流体压力较高时，它易泄漏，特别对于易燃、易 爆、易挥发有毒的流体是不适合的，炼油厂内很少 应用。B.B.套管式换热设备，结构示意如图2.4.62.4.6，它是由两根不同直径的管子，同心相套，再由弯连接而成。冷、热两种流体分别由内管和管间相互逆e e.填函式如图 245245 所示，一端可以自由滑图 2.4.5填料函式管壳换热器向通过，进行热量交换。它结构简单，便于拆卸清 洗；两种流体完全是逆向流动，传热效果好。但是 金属用量较大，占地面积大，接头处易发生泄漏。 所以它适用于热负荷不大，高粘度易凝固的重油和

7、残油的废热回收，且两种流体温差应小于 7070 度，否 则会因内外管热膨胀量不同而造成接头破裂。图 246246套管式换热器图 247247 水浸1-为萱：2-外音：3-回誓音1-iin：2.卜集咅晋：I!-蛇客 卜出口式冷却器图 2.4.8 经过器壁的传热C.C.水浸式冷却器，结构示意图见图 247247 , 在矩形水管内装有几组蛇形盘管，整个盘管浸没在 水内，使管内流体被冷却。这种冷却器内贮水量较 大，使用较为安全，结构很简单，也便于清洗检修。 缺点是金属用量大，体积庞大，占地面积大，传热 效率低，在炼油厂内已较少应用。D.D.空气冷却器，其结构与一般换热器不同， 管束用翅片管组成，在下面

8、用轴流式风机，使大量 空气吹过管束 将管内流体冷凝冷却，改变风机叶 片角度就可以调节所需风量，以控制管内流体的出 口温度。用空气代替水作冷却剂，能大量节约用水， 节省了循环水场的投资，基建及操作费用较低，目 前炼油厂内已大量使用。但由于空气温度随大气温 度而变化，所以它的最终冷却温度不能太低。有时 还需在后面串联使用水冷却器，空气冷却器的具体 结构和特点将在下一节中介绍。(2)(2)板式换热设备，传热面是表面压成各种形状的薄板，冷、热流体分别在相邻两板之间流动，通 过板壁而进行换热。由于它的强度和密封问题，尚 不能用于压力或温度较高的场合，炼油厂内应用不 多，在石油化工厂内常用的类型有：板式换

9、热器、 伞板式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器， 本装置采用的焊板式换热器将在后面单独介绍。一.换热设备的工作原理热量从高温流体传送给低温流体，称为传热。传热的主要方式有三种：传导、对流和辐射。在间 壁式换热器中，主要是传导和对流两种传热方式，如图 248248 所示。热流体（温度为 t1t1 ）先以对流给热方式将热量 Q Q （千卡/ /时）传给管壁的一侧（温度 t2t2 ）,再以传导的方式将热量传过管壁（温度从一侧t2t2 到另一侧为 t3t3 ）,最后管壁另 一侧又将热量以对流给热方式 传给了冷流体（温度为 t4t4 ）. .冷、热流体在流动过程中， 温度是要变化的，上述传热方式 的

10、说明只是对管子的任一截面而言的。在稳定传热过程中，管子任一截面处冷、热流体和管壁温度的 相互关系如上所述，也是稳定不变的，这是图 2.4.8 经过器壁的传热实际换 热器正常工作的情况。两物体间温度差别越大，传递的热量也越大，间壁的面积越大，传递的热量也越大。于是可以将 上述传热过程分别写成如下关系式：热流体以对流 给热方式传给管壁一侧的热量为：Qi -:iF （ti七）千卡/时以导热方式将热量传过管壁厚度，其热量为：Q2二 F（t2-t3）千卡 /时0从管壁另一侧以对流给热方式传给冷流体的热量为：Q3二：2F（ t2-tj 千卡 / 时式中：F F 管壁传热表面积，米2;t tl,t t2,t

11、 t3,t,t4各处温度，如上图所示，C；a热流体给热系数，千卡/ /川* *时* * C Ca冷流体给热系数，千卡/ /川* *时* *C；管壁的导热系数，千卡/ / m m2 2* *时* * C C5管壁厚度，米对于稳定传热，从热流体传给管壁再传给冷的 液体的热量应相等的，即：Q1= Q2二 Q3= Q =（打七）二 KF 笛t2）千卡 /时- - -f-_：2式中 K1称为换热器的传热系数1+1_：辽由此可见，若需传递的热量一定，则传热系数 越大，温度差越大，所需的传热表面积就越小，换 热器就越小，也越经济。所以，选用、设计与改进 换热器的最重要问题是：尽可能地提高其传热系数 和使温度

12、差大些。一、 影响传热系数的几个主要因素：1 1 .在管壁两侧的给热系数al和a2中，数值较小的对传热系数影响就大。 若al远远大于a2则 k k 值就很接近于a2值。这里，提高al值对 K K 值的影响不大，关键在于提高a2值，方可有效地提高 k k2 2.影响给热系数a值的因素很多，主要的有: 流体的流速越高，给热系数越大；冷凝或汽化时， 给热系数比一般的加热冷却要高得多；流体的粘度 越大，给热系数就越小；液体的给热系数要远远大 于气体的给热系数。3 3. 从公式中可见：管壁越薄，则 k k 值也越大， 所以要采用导热系数较高的材料来做传热表面，如 常用的钢管、铜管以及管外绕铝翅片等。在运

13、转中， 管壁内外都会常常结垢，如水垢、油垢、结焦、泥 砂等，这些污垢的导热系数很低，会大大降低换热 器的传热系数，所以换热器必须用时清扫除垢，每 次检修必须除得干净，才能保证长期高效运转。增加流体在换热器内流速是可以大大提高其传 热系数的，但也增加了通过换热器的压力降，增加 了泵的能量消耗，所以有个最经济的适宜流速范围。二、换热设备流体的流向对传热的影响两流体的温度差是不能任意提高的，因为流体 的温度是由工艺条件的需要规定的。但换热器内两 种液体的流动方向不同，换热器的平均温差就不同， 如图 249249 所示。换热器内冷热两流体的流向相同的 叫并流，流向相反的叫做逆流。并流时，进口处温 差最

14、大，沿流向此温差慢慢变小，出口处变为最小。 逆流时，沿流向上各处的温差变化可以不很大，较 为均匀。由图可知，逆流时整个换热器的平均温差 比并流时的为高，对传热有利。而且并流时冷流出 口温度永远小于热流出口温度，逆流时冷流出口温 度可以高过热流的出口温度，应用就更为灵活有效。 真正的逆流只有在套管换热器、螺旋板式换热器、 焊板式换热器内可以得到，在其它类型换热器中都 是混流式，其平均温差介乎逆流与并流之间。图 249249 两种流向的温度变化三、管壳式换热设备的型号及其含义DN R A 空皿 I （或 II）PsdNs_ I级换热器（或H级换热器）管/ /壳程数，单壳程时只写 NtNtN-N-公

15、称长度（m m）, d-d-换热管外径换热面积（川）管/壳程设计压力（MpaMpa），压力相等时只写 PtPt公称直径（mmmm），对于釜式重沸器用分数表示，分子为管箱内直径，分母为圆筒内直径。第一字母代表前端管箱型式，第二字母代表壳体型式，（见图 24102410）第三字母代表后端结构型式1-jPT5!：囲严EI5ITUBVXUBM畫式后tt9式与人相観的B1定覆茁科ifB捅世的宜站脚壊科宜头啊式*头可抢宜孕头 算41斡曲武再戻图 2.4.102.4.10 主要部件的分类及代号四、焊板式换热器众所周知，板式换热器传热效率高、结构紧凑， 但是由于其负荷小以及不适应高温高压而使其应用 受到限制，

16、而管壳式换热器虽然没有上述限制，但 其传热效率又不咼。19801980 年，法国 PACKINOXPACKINOX 公司生产了第一台焊 板式换热器，它把板式换热器优良的热力学性能与 管壳式换热器机械性能有机地结合，取得了换热器 领域的重大突破。一台 PACKINOXPACKINOX 的焊板式换热器， 它可以在相 同的压降下，交换更多的热量，从而可以减小加热 和冷却的负荷，或者在相同的热回收率下，降低压 降等，从而解决了工艺过程中压缩机出入口压差大 这个瓶颈问题。焊板式换热器以其热回收率高、负荷大、压降 低等优点，在炼油领域取得了广泛应用，特别是在 大处理量、超低压连续催化重整装置上的应用，已

17、占主导地位。(1)(1)板式换热器性能参数壳程管程温度C489/109489/10973/45573/455压力 MpaMpa0.950.951.201.20压力降 MpaMpa传热系数 W W/ /用*C C热负荷 MWMW 31.57331.573 设计条件温度C525525-275-275压力 MpaMpa 1.41.4介质H+H+ HCHC规格型号 mmmm 巾 20502050伙伙89208920重量 T T43.51843.518材质壳体1.25Cr1.25Cr 0.5Mo0.5Mo (A387Cr11A387Cr11)板束SA240SA240 321321(2)(2)板式换热器结

18、构PACKINOXPACKINOX 焊板式换热器由不锈钢板束及外壳 组成，所有的传热过程以纯逆流的方式在板束中进行，在外壳中充满氢气，没有液体流动，它只用以 承受操作压力。板束由一块块长方型的不锈钢板制成，板上经水下爆破后产生有规则的波纹，波纹板经焊接后，分成管程和壳程，形成板束，管程和壳程进出板束都有特制的管箱，将管程和壳程的液体分隔，两程 流体在板与板之间进行传热。结构示意如图24112411所示。图 2.4.112.4.11板式换热器结构示意图逝料出丨I严物入展空融端朋月K；r；ilL料久盘产物头击板芯曲拧忻力秤黯邯搖板茹产物浜眾迂仃:中喻客杆渣体追料卅I环就入JJML应用于催化重整时，石脑油进料通过喷射棒，直接喷进板束的进料侧，以确保流体均匀布，并保 证石脑油在低的操作压力下，高效地进入换热器板 束。波纹管可以有效在补偿不锈钢板束和低铬钼钢外壳的膨胀。由于板束的光洁度非常好，设计和制造中不产 生传热死角，而且即使在很低的雷诺系数下，流体 因板束上有波纹而产生高度的湍流，因而板束的结 垢现象几乎不存在，在很长时间内，其传热效果几 乎保持不变。（3