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2、载:/ziti/电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作电子课件2.2换热设备及操作2.2 换热设备及操作1、换热器的分类(1)按传热面形状和结构分 管式、板式、特殊形式蓄热式蓄热式混合式混合式换热器换热器间壁式间壁式板式换热器:螺旋板式、平板式、板翅式板式换热器:螺旋板式、平板式、板翅式夹套式换热器夹套式换热器套管换热器套管换热器列管式换热器列管式换热器固定管板式换热器固定管板式换热器U型管式换热器型管式换热器浮头式换热器浮头式换热器蛇管式换热器蛇管式换热器沉浸式沉浸式喷淋式喷淋式2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作(2 2)按换热器用途分)按换热器
3、用途分加热器 用于把流体加热到所需要的温度,被加热流体在加热过程中不发生相变。冷却器 用于加热流体,使其达到所需要的温度。预热器 用于流体的预热,以提高整个工艺装置的效率。过热器 用于加热饱和蒸汽,使其达到过热状态。蒸发器 用于加热液体,使其蒸发汽化。再沸器 加热冷凝的液体使其再受热汽化。为蒸馏过程的专用设备。冷凝器 用于冷却凝结性饱和蒸汽,使其放出汽化潜热而凝结液化。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作(3)按制造材料分常见的换热器材料有金属、陶瓷、塑料、石墨和玻璃金属、陶瓷、塑料、石墨和玻璃等等。金属材料换热器金属材料换热器 由金属材料
4、加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大,故此类换热器的传热效率高。非金属材料换热器非金属材料换热器 常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小,故此类换热器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作2、间壁式换热器的结构型式(1)夹套式换热器优点优点:结构简单,加工方便缺点缺点:传热系数较低,传热面又受容器的限制。强化措施强化措施:为了提高其传热性能,在容器内安装搅拌器,使器内液体作强制对流,为了弥补传热面的不足,还可在器内
5、安装蛇管等用途用途:应用于反应器的加热和冷却。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作(2)蛇管式换热器 沉浸式换热器优点优点:结构简单、价格低廉、能承受高压,可用耐腐蚀材料:结构简单、价格低廉、能承受高压,可用耐腐蚀材料制造。制造。缺点缺点:管外容器内的流体湍流程度差,给热系数小,平均温:管外容器内的流体湍流程度差,给热系数小,平均温差低。蛇管易堵塞。差低。蛇管易堵塞。用途用途:反应器的传热、高压下传热、强腐蚀性流体的传热:反应器的传热、高压下传热、强腐蚀性流体的传热强化措施强化措施:可减少管外空间;容器内加搅拌器。:可减少管外空间;容器内加
6、搅拌器。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作喷淋式换热器优点优点:结构简单;便于耐腐蚀;管内能耐高压;管外管外比沉浸式大比沉浸式大;传热面积大而且可以改变,检修和清洗方便。缺点缺点: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。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作(3)套管式换热器优点优点:结构简单,易于维修和清洗,适用于高温、高压流体。缺点缺点:流动阻力大,金属耗量多,而且体积较大。应用应用:所需传热面积小,小容积流量的流体。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件
7、电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作(4)列管式换热器优点优点:单位体积具有的传热面积大,结构紧凑、坚固、:单位体积具有的传热面积大,结构紧凑、坚固、传热效果好,而且能用多种材料制造,适用性较强,操传热效果好,而且能用多种材料制造,适用性较强,操作弹性大。在高温高压以及大型装置中得到普遍应用。作弹性大。在高温高压以及大型装置中得到普遍应用。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作 设置列管式换热器折流挡板主要为了增大壳程流体的湍动程度,提高壳程的对流
8、传热系数。其形状主要有下列几种:单通道圆缺形、弓形 双通道圆缺型折流板 圆盘形、圆环形 2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作管程数:单管程、双管程、多管程管程数:单管程、双管程、多管程壳程数:单壳程、双壳程、多壳程壳程数:单壳程、双壳程、多壳程列管式换热器列管式换热器2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作列管式换热器可分为以下几种主要型式固定管板式换热器固定管板式换热器U形管式换热器形管式换热器浮头式换热器浮头式换热器2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及
9、操作换热设备及操作2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作固定管板式换热器固定管板式换热器优点优点:结构简单,管内便于清洗,造价低廉。缺点缺点:壳程清洗和检修困难;当管壁和壳壁的温度相差较大时会产生较大的热应力,甚至将管子从管扳上拉脱。解决方法解决方法:采用补偿圈(膨胀节)应用场合应用场合:适用于壳程流体清洁不易结垢,两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作U形管式换热器 优点优点:结构简单,管间清洗较易。结构简单,管间清洗较易。缺点缺点:管内管内清
10、洗较困难清洗较困难,管板的利用率低。,管板的利用率低。解决热应力方法解决热应力方法:它是把每根管子都弯成它是把每根管子都弯成U形,两端固定在同一管板上,形,两端固定在同一管板上,每根管子可自由伸缩,与壳体无关,来解决热补偿问题。每根管子可自由伸缩,与壳体无关,来解决热补偿问题。应用场合应用场合:适用于管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管程介质不适用于管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的场所。易结垢的场所。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作浮头式换热器 2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及
11、操作换热设备及操作浮头式换热器优点优点:可完全消除热应力,在清洗和检修时整个管束可以从壳体中抽出。缺点缺点:结构复杂,用材量大,造价高。操作时,如果浮头盖连接处泄漏将无法发现。解决热应力方法解决热应力方法:采用浮头来消除热应力应用场合应用场合:应用十分广泛,适用于壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合。可用于结垢比较严重的场合;可用于管程易腐蚀的场合。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作3、其它类型换热器(1)螺旋板式换热器 优点优点:结构紧凑;单位体积传热面积大;流体在换热器内作结构紧凑;单位体积传热面积大;流体在换热器内作严格的逆流
12、流动,可在较小的温差下操作,能充分利用低温严格的逆流流动,可在较小的温差下操作,能充分利用低温能源;由于流向不断改变,且允许选用较高流速,故传热效能源;由于流向不断改变,且允许选用较高流速,故传热效果好;又由于流速较高,同时有惯性高离心力作用,污垢不果好;又由于流速较高,同时有惯性高离心力作用,污垢不容易沉积。容易沉积。缺点缺点:制造和检修都比较困难;流动阻力较大;操作压力和制造和检修都比较困难;流动阻力较大;操作压力和温度都不能太高,一般压力在温度都不能太高,一般压力在2MPa2MPa以下以下,温度不超过温度不超过400 400 2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2
13、换热设备及操作换热设备及操作2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作(2)翅片式换热器 气体的加热或冷却,当换热的另一方为液体或发生相变时,气体的加热或冷却,当换热的另一方为液体或发生相变时,在气体一侧设置翅片,既可增大传热面积又可增加气体的湍动在气体一侧设置翅片,既可增大传热面积又可增加气体的湍动程度,提高传热效率。程度,提高传热效率。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作a a轴向翅片轴向翅片 b b径向翅片径向翅片2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操
14、作换热设备及操作(3)板式换热器 优点优点:结构紧结构紧凑,单位体积传热面凑,单位体积传热面积大;组装灵活方便;有较高的传积大;组装灵活方便;有较高的传热速率,可随时增减板数,有利于热速率,可随时增减板数,有利于清洗和维修。清洗和维修。缺点缺点:处理量小;受垫片材料性能处理量小;受垫片材料性能的限制,操作压力和温度不能过高。的限制,操作压力和温度不能过高。适用于需要经常清洗,工作环境要适用于需要经常清洗,工作环境要求十分紧凑,操作压力在求十分紧凑,操作压力在2.5 MPa2.5 MPa以下以下,温度在温度在-35-35200200的场合。的场合。2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件
15、电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作(4)板翅式换热器)板翅式换热器 2.2 换热设备及操作2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作2.2 换热设备及操作2.换热器内流体通道与流速的选择 在列管换热器中,哪种流体走管程,哪种流体走壳程,需要合理安排,流体通道选择一般考虑以下原则:不清洁或易结垢不清洁或易结垢的流体走易于清洗的一侧,对于直管管束,一般走管程,管内易于清洗。腐蚀性流体腐蚀性流体宜走管程,以免管束和壳体同时受腐管蚀,而且管子也便于清洗和更换。2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作2.2 换热设备及操作2.换热器内流体通道
16、与流速的选择压力高压力高的流体宜选管程,以免壳体受压,并且可节省壳体金属材料的耗用量。有毒流体有毒流体走管程,以降低泄露机率。高温加热剂与低温冷却剂宜走管程,以降低热量和冷量损失。对流传热系数相对大的流体宜走壳程对流传热系数相对大的流体宜走壳程,此时壁面温度接近a大流体,减少了热应力,同可以采用多程来提高a小流体的流速,强化传热。2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作2.2 换热设备及操作饱和蒸汽宜走壳程,以便于及时排出冷凝液,且蒸汽较洁净,不易污染壳程。被冷却的流体一般走壳程,利用外壳向外的散热,增强冷却效果。黏度大、流量小的流体宜选壳程,因壳程的流道截面和流向
17、都在不断变化,在低Re值(Re100)即可达到湍流,提高对流传热系数。在选择流体通道时,以上各点往往不能同时满足,在实际选择时应抓住主要矛盾进行选择。2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作2.2 换热设备及操作流体流速选择流体流速选择 换热器中增加流体的流速,可以提高对流给热系数,同时降低了结垢量。然而流速增加流体阻力也随着增加,动力消耗增大,因此适宜的流速需要通过技术与经济分析来确定。表2-5给出了常用流速范围,以供参考,所选流速应尽量避免流体处于层流状态。2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作2.2 换热设备及操作流体种类流体种类流速流速/(m/s)管程管程壳程壳程低粘度液体低粘度液体0.530.21.5易结垢液体易结垢液体10.5气体气体530215表表2-5 2-5 列管换热器中常用的流速范围列管换热器中常用的流速范围2023/3/19电子课件电子课件2.2换热设备及操作换热设备及操作
限制150内