第六章换热设备HeatExchanger.doc
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1、17南京工业大学 备课笔记第六章 换热设备 Heat Exchanger6.1 概述 Introduction6.1.1 换热设备的应用 Application换热设备:使热量从热流体传递到冷流体的设备。在化工厂中,换热设备的投资约占总投资的1020%, 重量约占总重量的40%以上。其损坏率在所有化工设备损坏的比例中所占比重约为27%。应用:加热,冷却,余热回所,提高热能利用率,降低消耗,提高经济效益。612 换热设备的分类及其特点 Classification and Characteristics 分类方式有几种。按作用分:冷却器,加热器。按传热面分:管式,板式,扩展面式。6121 按作用
2、原理或传热方式分类 (1)直接接触式换热器: 利用冷,热流体直接接触,彼此混合进行换热的, 设备中设置填料和栅板,以增加接触面积。 优:传热效率高,结构简单,价格低。 适用:允许两种流体混合的场合。(2)蓄热式换热器: 由固体构成一蓄热体,冷热流体交替与之接触,借此热量从热流体传递到冷流体。 适用:允许两种流体少量混合,气-气热交换。(3)间壁式换热器 用固体壁将二种冷热流体隔开,热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。(4)中间载热体式换热器 将二个间壁式换热器,通过一在其中循环的热载体连接起来。 如:热管式换热器。6122 间壁式换热器 工业生产中应用最为广泛,结构形式也相当多。(1)
3、管式换热器 Tubular通过管子壁面进行传热。优:结构牢固,可靠,适应性强,易于制造,能承受较高压力和强度。不足:换热效率、结构紧凑、金属消耗(单位传热面积)不如其他换热器。 1蛇管式换热器 Pipe coil 将管子(金属、非金属)按需要弯成所需的形状,如圆盘形、螺旋形等。A 沉浸式 submerged 使用时将蛇管浸在被加热(冷却)介质的容器中。 优:结构简单,造价低,管子可承受较大流体压力。 缺:管外流体流速小,传热系数较低,效率低。 适用:高压流体的冷却等。B 喷淋式 sprayed 冷却水由喷淋装置均匀淋下。优:传热系数大,便于检修,清洗。缺:体积大,冷却水用量大,效果不理想。 2
4、套管式换热器 double-pipe 两种直径不同的管子组装成同心管,一种流体走内管,另以种流体走内、外管之间。 优:结构简单,工作适应范围大,传热面积可增减。 缺:单位传热面的金属消耗量大,检修、清洗较麻烦。 适:高温、高压、小流量,传热面不大的场合。 3管壳式换热器 shell-and-tube 优:结构坚固,适应性广,易制造,生产成本低。 不足:传热效率、结构紧凑性等不如新型高效换热器。 4 缠绕管式换热器 传热管按螺旋线形状交替缠绕,相邻两层螺旋形传热管的螺旋方向相反。管内可通一种介质(单通道型),也可分别通过几种不同的介质(多通道型)。适用:同时处理多种介质,小温差传递较大热量。()
5、板面式换热器 plate通过板面进行传热。优:传热性能比管式好,强化了传热,生产成本较低。缺:耐压性能不如管式。螺旋板式换热器 spiral由二张卷成螺旋状金属板作为传热面。优:结构紧凑,传热效率高,制造简单,材料利用率高。缺:高粘度流体、含有固体颗粒的悬浮液的唤热。板式换热器 plate and frame由许多薄金属板组成传热面,类似板框式压滤机。板表面制成波纹形或槽形,以增大流体湍流程度,二板间边缘用垫片夹紧,以防泄漏。优:结构紧凑,使用方便,便于清洗,较高的传热效率。缺:密封周边长,易渗漏,承压能力低,流通狭窄,处理量小,阻力大。适用:经常需清洗,环境要求紧凑的。板翅式换热器 plat
6、e-fin 在二块平行金属板之间放置一种波纹状金属翅片,若干板束组装在一起。 优:结构紧凑,单位体积内传热面积大,传热系数大,适应性广。 缺:结构复杂,难以清洗和检修,造价高,流道小。 适用:低温或超低温的场合,多种不同的流体在同一设备中操作。D 板壳式换热器 shell-and plate由若干板束放在一壳体中组成,介于管壳式和板式之间的一种换热器。优:传热效率高于管壳式,结构紧凑,易清洗。缺:制造复杂,焊接要求高。E 伞板式换热器 bevel-plate 伞形板代替平形板。 优:制造相对简单,成本低,板间易密封,传热效率较高,结构紧凑。 缺:流道小,易堵塞,不易处理较脆介质。(3) 其他型
7、式换热器指一些特殊结构换热器,A 石墨换热器 graphite用一种不渗透性石墨制造的换热器,优:良好的耐腐蚀性和传热性能缺:石墨抗拉,抗弯强度较低,易脆裂,结构中采用实替块。适用:腐蚀性强的液体和气体。 有管壳式,块式,板式等。B 聚四氟乙烯换热器 Teflon有管壳式和沉浸式两种,优:结构紧凑,耐腐蚀缺:机械强度和导热性能差适用:温度1500C, 压力1.5MPa. C. 热管换热器 heat pipe 热管的管子内部有用特定材料制的多孔毛细结构和载热介质. 将管内抽成一定负压后,充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后,加以密封.当热管一端受热时,毛细芯中液体蒸发
8、汽化,蒸汽在微小压差下流向另一端放出热量凝结成液体.液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流向蒸发段. 优:结构简单,重量轻,极小温差下,较高的传热能力,输送效率高(90%) 缺:适用:工业尾气余热回收.6.1.3 换热器选型 Selection of heat exchanger types考虑因素: 流体性质,腐蚀性,热敏性,清洗,维修的要求材料价格使用寿命6.2 管壳式换热器 Shell-and-Tube Heat Exchanger特点:结构坚固,操作弹性大,适应性强 处理能力大,可靠程度高,应用广泛.6.2.1 基本类型分五类(1) 固定管板式换热器 fixed tubesheet二端管板采
9、用焊接方法与壳体连接固定.优:结构紧凑简单,制造成本低,承受较高压力.缺:壳程难清洗,产生较大热应力.适用:壳体与管子温差小,壳程不易结垢, 温差大时,壳体中设置膨胀节等挠性元件.(2) 浮头式换热器 floating-head 二端管板中,一端管板与壳体的筒体固定,另一端可相对壳体自由移动.优:管间,管内可清洗,无热应力缺:结构复杂,造价高,材料消耗多,密封要求高.适用:温差较大,壳程介质易结垢.(3) U形管式换热器 U-tube只有一块管板,管束由多根U形管组成.优:结构比较简单,承压能力强,不产生热应力,缺:最内层管间距较大,管板利用率低适用:温差较大,壳程介质易结垢需清洗,不宜采用浮
10、头式和固定管板式.(4) 填函式换热器 outside-packed与浮头式相似,只是浮头露在壳体以外,与壳体之间用填料函式密封.优: 结构较浮头式简单,加工方便,造价较低,管内外都可清洗.缺: 填料处易泄漏适用:4MPa以下工作条件,现已很少采用(5) 釜式重沸器 kettle reboiler管束可以是:浮头式,U形管式,固定管板式特: 壳体上都设置一个蒸发空间.6.2.2 管壳式换热器结构 structure 通道:管程-流体流经管内的通道及其相连部分 壳程-流体流经管外的通道及其相连部分6.2.2.1 管程结构 structure of tube side(1)换热管 tube 1型式
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