压力容器设备基础知识(换热器塔设备).pdf
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1、设备基础知识设备基础知识设备基础知识设备基础知识 换热器换热器换热器换热器 塔设备塔设备塔设备塔设备 传热原理 间壁式 混合式 蓄热式 列管式 板 式 翅片式 换热器的类型换热器的类型 套管式 固定管板式 浮 头 式 U型管式 一、套管式换热器一、套管式换热器 套管式换热器是由大小不同的直管制成套管式换热器是由大小不同的直管制成 的同心套管,并由的同心套管,并由U U型弯头连接而成。每一段型弯头连接而成。每一段 套管称为一程。套管称为一程。 优点:构造较简单,能耐高压,传热面优点:构造较简单,能耐高压,传热面 积可根据需要增减,应用方便。积可根据需要增减,应用方便。 缺点:管间接头多,易泄露,
2、占地较大缺点:管间接头多,易泄露,占地较大 ,单位传热面消耗的金属量大。因此它较适,单位传热面消耗的金属量大。因此它较适 用于流量不大,所需传热面积不多而要求压用于流量不大,所需传热面积不多而要求压 强较高的场合。强较高的场合。 二、列管式换热器二、列管式换热器 优点优点 :单位体积所具有的传热面积大,结:单位体积所具有的传热面积大,结 构紧凑、传热效果好。能用多种材料制造,故适构紧凑、传热效果好。能用多种材料制造,故适 用性较强,操作弹性较大,尤其在高温、高压和用性较强,操作弹性较大,尤其在高温、高压和 大型装置中多采用列管式换热器。大型装置中多采用列管式换热器。 在列管式换热器中,若两流体
3、的温差较大,在列管式换热器中,若两流体的温差较大, 就可能由于热应力而引起设备变形,管子弯曲,就可能由于热应力而引起设备变形,管子弯曲, 甚至破裂或从管板上松脱。因此,当两流体的温甚至破裂或从管板上松脱。因此,当两流体的温 差超过差超过5050时,就应采用热补偿的措施。时,就应采用热补偿的措施。 1 1、固定管板式、固定管板式 特点:两端管板和壳体制成一体,具有结特点:两端管板和壳体制成一体,具有结 构简单和成本低的优点。但是壳程清洗和检修构简单和成本低的优点。但是壳程清洗和检修 困难,要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的困难,要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的 物料。物料。 当两流体的温差较大
4、时,应考虑热补偿。当两流体的温差较大时,应考虑热补偿。 但不宜应用两流体温差过大(应不大于但不宜应用两流体温差过大(应不大于7070) 和壳程流体压强过高的场合。和壳程流体压强过高的场合。 具有补偿圈的固定管板式换热器 1一挡板 2-补偿圈 3-放气嘴 图4-45 浮头式换热器 1一管程隔板 2一壳程隔板 3一浮头 2 2 2 2、浮头式换热器、浮头式换热器 特点:有一端管板不与外壳连为一体,可以沿轴向特点:有一端管板不与外壳连为一体,可以沿轴向 自由浮动。自由浮动。 这种结构不但完全消除了热应力的影响,且由于固这种结构不但完全消除了热应力的影响,且由于固 定端的管板以法兰与壳体连接,整个管束
5、可以从壳体定端的管板以法兰与壳体连接,整个管束可以从壳体 中抽出,因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用中抽出,因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用 较为普遍,但它的结构比较复杂,造价较高。较为普遍,但它的结构比较复杂,造价较高。 3 3、U U型管式换热器型管式换热器 特点:每根管子都弯成特点:每根管子都弯成U U型,进出口分别安装在型,进出口分别安装在 同一管板的两侧,封头用隔板分成两室,每根管子同一管板的两侧,封头用隔板分成两室,每根管子 可以自由伸缩。可以自由伸缩。 这种换热器结构比浮头式简单,重量轻,但管这种换热器结构比浮头式简单,重量轻,但管 程不易清洗,只适用于洁净而不易结垢的
6、流体,如程不易清洗,只适用于洁净而不易结垢的流体,如 高压气体的换热。高压气体的换热。 图4-44 U型管换热器 1一U型管 2一壳程隔板 3一管程隔板 (3)(3)压强高的流体宜走管内,以免壳体承受压压强高的流体宜走管内,以免壳体承受压 力;力; (1)(1)不洁净和易结垢的液体宜走管程,因为管内不洁净和易结垢的液体宜走管程,因为管内 清洗方便;清洗方便; (2)(2)腐蚀性的流体宜走管程,以免管束和壳体同腐蚀性的流体宜走管程,以免管束和壳体同 时受腐蚀;时受腐蚀; 冷、热流体流动通道的选择冷、热流体流动通道的选择 4 4、列管式换热器选用时应注意的问题、列管式换热器选用时应注意的问题 (4
7、)(4)(4)(4)饱和蒸汽宜走壳程,因为饱和蒸汽比较清饱和蒸汽宜走壳程,因为饱和蒸汽比较清 净,对流传热系数与流速无关且冷凝液易排净,对流传热系数与流速无关且冷凝液易排 出;出; (5)(5)(5)(5)被冷却的液体宜走壳程,便于散热;被冷却的液体宜走壳程,便于散热; (6)(6)(6)(6)若两流体温差较大,对于刚性结构的换热若两流体温差较大,对于刚性结构的换热 器,宜将对流传热系数大的流体通入壳程,可器,宜将对流传热系数大的流体通入壳程,可 减少热应力;减少热应力; (7)(7)(7)(7)流量小而粘度大的液体一般宜走壳程,因在流量小而粘度大的液体一般宜走壳程,因在 壳程壳程ReReRe
8、Re100100100100即可达到湍流,但这不是绝对,即可达到湍流,但这不是绝对, 如流动阻力损失允许,将这种流体通入管内并如流动阻力损失允许,将这种流体通入管内并 采用多管程结构,反而能得到更多的对流传热采用多管程结构,反而能得到更多的对流传热 系数。系数。 三、翅片式换热器三、翅片式换热器三、翅片式换热器三、翅片式换热器 1 1、 翅片管换热器翅片管换热器 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成,翅翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成,翅 片与管表面的连接应紧密无间,否则连接处的接触片与管表面的连接应紧密无间,否则连接处的接触 热阻很大,影响传热效果。常用的连接方法有热套热阻很大,影响传热
9、效果。常用的连接方法有热套 、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此外,翅片管也、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此外,翅片管也 可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等方法制造可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等方法制造 。当两种流体的对流传热系数相差较大时,在传热。当两种流体的对流传热系数相差较大时,在传热 系数较小的一侧加翅片可以强化传热。系数较小的一侧加翅片可以强化传热。 图4-49 翅片式换热器 (a) 翅片式换热器 (b)翅片管断面 图4-50 常见的翅片形式 板翅式换热器板翅式换热器 板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的 换热器,板翅式换热器的结构是在
10、两块平行的薄金换热器,板翅式换热器的结构是在两块平行的薄金 属板之间,加入波纹状或其它形状的金属翅片,将属板之间,加入波纹状或其它形状的金属翅片,将 两侧面封死,即成为一个换热基本元件。将各基本两侧面封死,即成为一个换热基本元件。将各基本 元件进行不同的叠积和适当的排列,并用钎焊固元件进行不同的叠积和适当的排列,并用钎焊固 定,即可制成并流、逆流或错流的板束(或称芯定,即可制成并流、逆流或错流的板束(或称芯 部),然后再将带由流体进出口的接管的集流箱焊部),然后再将带由流体进出口的接管的集流箱焊 在板束上,即成为板翅式换热器,目前常用的翅片在板束上,即成为板翅式换热器,目前常用的翅片 形式有光
11、直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片三种形式有光直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片三种 。 图4-51 板翅式换热器的板束 图4-52 板翅式换热器的翅片形式 (a)光直翅片 (b)锯齿翅片 (c)多孔翅片 板翅式换热器的优点:板翅式换热器的优点: 结构紧密、轻巧、导热系数高,而且在零度以下结构紧密、轻巧、导热系数高,而且在零度以下 操作时,其延性和抗拉强度都很高,适用于低温和超操作时,其延性和抗拉强度都很高,适用于低温和超 低温的场合,故操作范围广,可在低温的场合,故操作范围广,可在-200-200-200-200至绝对零度至绝对零度 范围内使用。同时因翅片对隔板有支撑作用,板翅式范围内使用。同时
12、因翅片对隔板有支撑作用,板翅式 换热器允许操作压强也比较高,可达换热器允许操作压强也比较高,可达5MPa5MPa5MPa5MPa。铝合金。铝合金 制造,故重量轻,在相同的传热面下,其重量约为列制造,故重量轻,在相同的传热面下,其重量约为列 管式的十分之一。由于翅片促进了流体的湍动并破坏管式的十分之一。由于翅片促进了流体的湍动并破坏 了热边界层的发展,故其传热系数较高。了热边界层的发展,故其传热系数较高。 缺缺 点:点: 设备流道很小,易堵塞,且清洗和检修困难,故设备流道很小,易堵塞,且清洗和检修困难,故 所处理的物料应较洁净或预先净制;另外由于隔板的所处理的物料应较洁净或预先净制;另外由于隔板
13、的 翅片均由薄铝板制称成,故要求介质对铝不腐蚀,制翅片均由薄铝板制称成,故要求介质对铝不腐蚀,制 造成本较高。造成本较高。 塔塔 设设 备备 板式塔为逐级接触式气液传质板式塔为逐级接触式气液传质 设备,它主要由圆柱形壳体、塔板、设备,它主要由圆柱形壳体、塔板、 溢流堰、降液管及受液盘等部件构溢流堰、降液管及受液盘等部件构 成,塔板主要有泡罩塔板,筛孔塔成,塔板主要有泡罩塔板,筛孔塔 板,浮阀塔,舌型塔板,斜孔塔板。板,浮阀塔,舌型塔板,斜孔塔板。 塔设备的结构塔设备的结构 泡罩塔板泡罩塔板 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板,其泡罩塔板是工业上应用最早的塔板,其 结构主要由升气管及泡罩构成。泡罩的
14、下部结构主要由升气管及泡罩构成。泡罩的下部 周边开有很多齿缝,齿缝一般为三角形、矩周边开有很多齿缝,齿缝一般为三角形、矩 形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。 操作时,液体横向流过塔板,靠溢流堰保持操作时,液体横向流过塔板,靠溢流堰保持 板上有一定厚度的液层,齿缝浸没于液层之板上有一定厚度的液层,齿缝浸没于液层之 中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿 缝的上沿,以防止液体从中漏下。上升气体缝的上沿,以防止液体从中漏下。上升气体 通过齿缝进入液层时,被分散成许多细小的通过齿缝进入液层时,被分散成许多细小的 气泡或流股
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