传热设备知识简介

1、换热设备n概述概述n在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过程。传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。n使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却水的消耗。n综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。换热设备n比较换热设备的指标比较换热设备的指标 n1)效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在单位时间内、单位面积上温度每变化一度所

2、传递的热量。n2)结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大，比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即传热面积与换热设备体积之比。n3)节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是指单位传热面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量与传热面积之比。n4)压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小，节省动力、操作成本降低。n5)要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期长。n由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种各样的换热器，以适应各种特定的工艺条件。换热设备n换热器的分类换热器的分类n换热设备的分类方法很多，现将几种常见的分类方法介绍如下：n1)

3、按用途分类：分为热交换器、冷凝器、蒸发器、加热器及冷却器等五类。n(1)热交换器：两种不同温度的介质进行热量交换，使一种介质降温而另一种介质升温，以满足各自的需要。n(2)冷凝器：两种不同温度的介质进行热量交换，其中一种介质由汽态被冷凝成液态。n(3)蒸发器：与冷凝器的操作刚好相反，两种介质中的一种介质由液体被蒸发成汽体。n(4)加热器：只单纯的完成一种介质的加热升温的操作。n(5)冷却器：如果热量不回收利用，完成用冷却剂（如水、空气）来冷却另外一种介质的操作的换热器称为冷却器。如用空气作为冷却剂的换热器称为空气冷却器，简称空冷器换热设备n2)按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。n3)

4、结构分类：分为管壳式换热器和板式换热器。n (1)管壳式换热器：特点是圆形的外壳中装有管束。一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分（称为壳程）。它可分为:浮头式换热器、U型管式换热器、套管式换热器、固定管板式换热器等。n (2)板式换热器：它是由压成各种形状的薄板组成传热面，冷、热两种介质分别在相邻两板之间流动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。n 板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度低，密封性能差，故其应用受到了限制。因此，在石油、化工工业中应用较多的是管壳式换热器，它已被当成传统的换热设备来加以使用。 换热设备管式换热器管式换热器管式换热器

5、广泛适用于冷却、冷凝、加热、蒸发、废热回收等操作。现分别管式换热器广泛适用于冷却、冷凝、加热、蒸发、废热回收等操作。现分别介绍如下。介绍如下。1）蛇管式换热器a 沉浸式沉浸式换热器沉浸于热交换的流体中，如图所示。某些电加热器即做成蛇管沉浸式换热器。优点：可做成任意形状，结构简单，耐高压，便于防腐。缺点：传热面积小，控制热阻为管外流体的对流传热系数，较小。通过管外搅拌可提高传热系数。b 喷淋式喷淋式换热器如图所示。常用于冷却或冷凝管内流体，管外用自来水喷淋，化肥厂中可见使用。 优点：结构简单，造价低，耐高压，装在室外便于检修和清洗。 缺点：喷淋不均匀造成传热不均匀。换热设备沉浸式换热器沉浸式换热

6、器喷淋式换热器喷淋式换热器换热设备换热设备换热设备n2)套管式换热器n各程可串联成一组使用，如图所示。还可将若干组并联使用。n优点：传热系数K较大，且为严格逆流，tm较大。n缺点：接头多，易泄漏，占地较大，材料消耗量大。n适合流量不大，所需传热面积不大的场合。套管式换热器套管式换热器 换热设备换热设备n3)列管式换热器n列管式换热器又称管壳式换热器，它是一种最典型使用也最广泛的间壁式换热器。与前几种相比，列管式换热器具有结构紧凑，单位体积传热面积大，传热效果好等优点，主要用在高温高压和大规模换热工程中。列管式换热器有以下几种：n（1）固定管板式换热器n如图所示，固定管板式换热器两端的管板与壳体

7、连接成一体。该设备适用于壳程流体较为清洁且不易结垢的或腐蚀性小的流体换热。本设备结构简单、造价低廉、应用较广，但清洗和维修较困难。换热设备换热设备换热设备换热设备n(2)U型管换热器n如图所示，U型管换热器的换热管子被弯曲成U字形状，进口和出口在同一方向但分别安装在管板的两侧，在受热或冷却时，管子可自由伸缩。优点是结构简单，重量轻；缺点是管子清洗困难。适用于高温高压、洁净流体的换热。 换热设备换热设备n浮头式换热器n如图所示，其结构特点是，一端管板不与壳体连接，该端称为浮头。在管子受热时，浮头可以沿轴向自由移动，从而消除了热胀冷缩产生的应力。由于固定端是通过法兰与壳体连接，所以，整个管束可以从

8、壳体中抽出，拆卸方便，有利于清洗和维修。换热设备换热设备n板式换热器板式换热器n板式换热器有夹套式、板式、螺旋板式、板翅式等几种类型。n1)夹套式换热器n如图所示，夹套式换热器由容器和夹套组成。夹套安装在容器的外部，与容器器壁之间形成密闭的空间，为加热介质或冷却介质的通道。如用蒸汽加热，蒸汽从顶部通入夹套，冷凝水由下部排出。冷却时，冷却水由夹套下部管道通入，由上部管道排出。n夹套换热器传热面积固定，夹套密闭不易清洗，要求加热介质是不易结垢的气体或液体。为提高传热速率，可在容器内安装搅拌器。夹套换热器广泛用于反应釜、提取罐、小型发酵罐等设备中。换热设备换热设备换热设备换热设备n板式换热器板式换热

9、器n板式换热器是由一组长方形金属薄板平行排列组装在支架上而构成，如图所示。n组装压紧后，板与板之间形成流体流动的空间，通过板上的垫片可调节空间的大小。每块金属板的四个角上各有一孔，多块板重合在一起时，每块板上各端的两个圆孔叠成了一组通道，共构成两组通道。其中一组与板空间相通，另一组则与相邻的板空间相通，因而形成交错进入板空间的流道。金属板上的凹凸波纹，可增加传热面积，促使流体湍流，提高传热效率。热流体和冷流体交错地在板与板构成的空间中流动，通过板面进行热交换。换热设备1.固定压紧板 2.夹紧螺栓 3.前端板 4.换热板片 5.密封垫片 6.后端板 7.下导板 8.后支柱 9.活动压紧板 10.上导板n螺旋板式换热器n如图所示，螺旋板式换热器是由两块平行金属板卷成螺旋形，焊接在一块具有分隔挡板的容器中构成的。在容器内，分隔挡板将两条同心的螺旋形通道隔开，在容器的底部、顶部都焊接有盖板或封头。热流体和冷流体分别在不同的入口进入不同的流道，在容器内呈逆流方式进行热交换。n螺旋板式换热器传热系数大，不易堵塞，换热效果好，可充分利用低温热源进行换热。缺点是不耐高温高压，清洗和检修困难。换热设备板翅式换热器 在两平行金属薄板之间插入波纹状的金属翅片，将两边以侧条密封，构成一个板翅式换热器的单元体，若干个单元体排列组合，并用钎焊固定，即可得到能用