第六章传热设备

第六章传热设备换热器在我国石油化工、炼油、冶金、轻工、制药、食品等行业应用极为普遍，占全部工艺设备投资的20－40％。传热设备-----换热器一、换热器分类Tt间壁式tT直接接触式蓄热式间壁式直接接触式冷热流体直接接触，传热直接、效率高、热阻小冷热流体隔一固体壁面，传热效率不如直接接触式。工业应用最广。1.按照接触方式低温流体高温流体结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却:管式列管式、套管式、盘管式、喷淋式等板式：螺旋板式等按结构分为夹套式：热管：加热器冷却器按用途分为冷凝器蒸发器再沸器2.间壁式换热器分类：一、列管式换热器列管式（管壳式）换热器是一种传统的、应用最广泛的热交换设备。由于它结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板纵向横向1、列管式换热器构造壳体、管板、管束、顶盖（封头）、挡板纵向横向圆缺形圆盘形挡板结构：t1T2T1t2双管程、双壳程t1T1T2t2单管程、单壳程t1T2T1t2双管程列管式列管式换热器：管程数：单管程、双管程、多管程壳程数：单壳程、双壳程、多壳程四管程请点击观看动画冷、热流体一次经过换热器管程流体两次经过换热器管程、壳程流体两次经过换热器管程流体四次经过换热器2.列管式换热器分类（几管程几壳程）T1t0（环境）TwTt1t2T2列管式t2tw10当壳体和管壁之间的温差在50℃以上时，由于两者热膨胀程度不同，可能会出现将管子扭曲或从管板上拉松，因此，要考虑温度补偿问题。3、温度补偿问题：1）补偿圈补偿-----固定管板式换热器换热器两端管板和壳体是连为一体的。其特点:结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。当壳体和管子之间的温差较大(60~70℃)且壳体承受压力不太高时，可采用补偿圈（又称膨胀节）。4、温度补偿方法：特点：结构简单、制造成本低，适用于壳体和管束温差小、管外物料比较清洁、不易结垢的场合。2）浮头补偿------浮头式换热器一端管板用法兰与壳体连接固定，另一端在壳体中自由伸缩，整个管束可以由壳体中拆卸出来。适用于壳体与管束间温差大且需经常进行管内外清洗的场合。特点：可完全消除热应力,便于清洗和检修,结构复杂3）U型管补偿------U型管式换热器每根管子都为U形，可以自由伸缩。特点：结构较浮头简单；用于壳体与管子间温差大的场合，但管程不易清洗。-易于清洗侧管程管程管程壳程（便于排放冷凝液及不凝性气体）壳程5、选用、设计原则冷却剂或加热剂的选定：冷、热流体的走向：T1t0（环境）TwTt1t2T2列管式ttw常用的冷却剂有：水、空气、液氨等常用的加热剂有：水蒸汽、热空气、烟道气、热油、联苯混合物等⑥粘度大的或流量较小的流体---一般原则：①不洁净的或易结垢的流体-----②腐蚀性流体------③压力高的----④温度远高于环境的或远低于环境的流体-----⑤蒸汽----二、其它类型的间壁式换热器1）夹套式换热器2、蛇管换热器1）沉浸式蛇管换热器强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。优点：结构简单，便于防腐，能承受高压缺点：容器截面比管内大得多，管外流体的给热系数较小2）喷淋式蛇管换热器优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外比沉浸式大。缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面积大。3、套管式换热器冷流体t1t2热流体T1T24、螺旋板换热器：▲传热效率高传热效率为列管式换热器的1~3倍▲阻力小以较低的压力损失，处理大容量蒸气或气体；有自清刷能力，因其介质呈螺旋形流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸气或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许流速比其它换热器高。复习：1.列管式换热器2.夹套式换热器3.蛇管式换热器4.套管式换热器5.螺旋板换热器要掌握每一种换热器的工作原理，基本构造和适用场合5、板式换热器板式换热器是由一组波纹金属板组成,板上有孔,供传热的两种流体通过。金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内,并用夹紧螺栓夹紧。板式换热器作为一种新型、高效、节能的换热设备已越来越在众多领域广泛应用,并且有逐步取代其它类型之趋势.优点：•传热效率高，K大•结构紧凑，操作灵活，安装检修方便缺点：•耐温、耐压差•易渗漏，处理量小三、强化传热途径的讨论强化传热过程:提高冷热流体间的传热速率。mQKAt可知，增大K,A,△tm都可以提高Q（a）增大A—不应只考虑设备尺寸，应从结构着手，提高紧凑性。存在二个问题，即:流动阻力增大，制造和运行费上升1，减小管径，增加管数。如改进换热面的结构2，采用新型高效的换能设备如用螺纹管，波纹管代替光滑管或翅片管换热器。（b）增大tm—取决于两流体的温度（一般由生产工艺规定），变化范围小1）采用逆流操作:螺旋板式和套管式换热器可使流体作严格逆流2）尽量采用高温加热剂或低温冷却剂。当一方为蒸汽换热时，增大蒸汽压强，使其温度提高措施:（c）增大K值措施:1）增大u，增强流体的湍动程度,减小层流内层的厚度,提高α如a.增加列管式换热器的管程，壳程和挡板b.在管内加入麻花铁，螺旋圈或金属丝片等添加物。但应考虑流速加大，流动阻力增大及结构复杂，清理检修困难2）垢阻的影响:减小垢阻和降低管壁热阻（勤清洗）措施:防止结垢和及时清除垢层11121221211ddmdddRRKddd