《传热与换热器》课件-任务5-1：认识换热器

传热与换热器内容与安排认识传热导热辐射换热对流换热换热设备的传热计算与强化前课回顾牛顿冷却公式研究目的：揭示h的影响因素；定量计算表面换热系数h；研究强化对流换热的措施。h为对流换热系数，或称为表面传热系数，简称换热系数，它的数值大小表示对流换热的强弱；A为与流体接触的壁面面积；tw和tf分别为壁面温度和流体温度。牛顿冷却公式将复杂的对流换热问题用一个简单的关系式来表达，实质上将矛盾集中在h上。对流换热基本公式前课回顾对流换热的主要影响因素：流动的起因；流体有无相变；流动的形态；换热表面的几何因素；流体的物理性质。自然对流强迫对流表面换热系数h取决于多种因素，是一个复杂的函数：流速几何尺寸导热系数密度运动粘度比定压热容影响对流换热的主要因素

(1)流体有无相变无相变时，换热由流体显热的变化而实现,h较小有相变时，流体潜热的释放或吸收常起主要作用，h较大;(2)流体流动的原因强制对流换热——流动由外部动力源引起,h较大自然对流换热——流动由流体内部的密度差引起,h较小(3)换热面的几何因素(形状,大小,几何布置,状态等)(4)流体的流动状态

层流—流体微团沿主流方向作有规则的分层流动,

h较小;

湍流——流体各部分间发生强烈混合,h较大(5)流体的物理性质密度、粘度、导热系数、比热容等均影响流速的分布及热量的传递,从而影响换热影响对流换热的主要因素前课回顾任务5-1：认识换热器知识目标：对工业换热过程产生感性认识，了解传热在工业、生活中的应用，了解各种类型换热器的结构、特点及应用。能力目标：认识各类换热器，熟悉列管换热器的结构。换热器的定义换热器的定义：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置作用：①加热原料，如原油被加热；②冷却产品，如汽油、煤油、柴油等产品的冷却；③回收余热，如常、减压炉顶部的烟气余热回收系统换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。

1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。2、是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11％～40％。那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？衡量标准3.可靠性满足操作条件,强度足够,保证使用寿命2.合理性1.先进性可制造加工，成本可接受传热效率高，流体阻力小，材料省衡量标准生产中对换热设备提出的要求是：传热效率高，流体阻力小；强度、刚度、稳定性足够；结构合理，节省材料，成本较低；制造、装拆、检修方便等。换热器按用途分类1.加热器

用于把流体加热到所需的温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。2.预热器

用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。3.过热器

用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。4.蒸发器

用于加热液体，使之蒸发汽化。5.再沸器

是蒸馏过程的专用设备，用于加热已冷凝的液体，使之再受热汽化。6.冷却器

用于冷却流体，使之达到所需的温度。7.冷凝器

用于冷凝饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化。换热器的分类三种类型换热器简介按传热方式或工作原理分类换热器的类型-混合式换热器直接接触式换热器1、混合式换热器（直接接触式）通过冷热流体直接混合进行热量交换的设备称为混合式换热器，或直接式换热器，如冷却塔、气压冷凝器、在传质的同时进行传热的塔设备等。结构简单，传热效果好，但不能用于发生反应或有影响的流体之间局限：只适用于允许两流体混合的场合。热流体冷流体热流体冷流体气体冷却塔浴室温水加热换热器的类型-蓄热式2、蓄热式温度较高的场合，但有交叉污染，温度波动大蓄热式换热器冷流体冷流体热流体热流体蓄热式换热器利用冷热两种流体交替通过换热器内的同一通道而进行热量传递。局限：不能用于两流体不允许混合的场合。换热器的类型-蓄热式换热器的类型-间壁式3、间壁式重点——又称表面式换热器利用间壁（固体壁面）进行热交换。冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。应用最为广泛，形式多种多样，如管壳式换热器、板式换热器等间壁式换热器的主要型式套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形换热器的类型-间壁式换热器的类型-间壁式套管式换热器由两根不同直径、同心组装的直管和连接内管的U形弯管所组成,进行换热的两种流体分别进入内管和内、外管的环形通道进行换热(通常采用逆流方式)。当需要较大传热面积时，可将几段套管串联排列。优点：结构简单，传热面积可调整；缺点：金属消耗量大，且弯管连接处易发生泄漏。套管式换热器多用于流量较小而压力,较高的两流体传热，常用作冷却器和冷凝器。换热器的类型-间壁式2.蛇管换热器(1)沉浸式蛇管换热器优点是结构简单，造价低廉，便于防腐，能承受高压。其缺点是管外对流传热系数小，常需加搅拌装置(2)喷淋式蛇管换热器优点是检修清洗方便，传热效果好等。其缺点是体积庞大，占地面积多，冷却水耗用量较大，喷淋不均匀等。换热器的类型-间壁式3.列管换热器传热面由管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。两种流体分管程和壳程。当壳体与换热管的温差较大（大于50℃）时，产生的温差应力（又叫热应力）具有破坏性，易引起设备变形，或使管子弯曲、从管板上松脱，甚至造成管子破裂或设备毁坏。因此必须从结构上考虑这种热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力。常见的温差补偿措施有：补偿圈补偿、浮头补偿、U形管补偿。补偿圈补偿浮头补偿U形管补偿换热器的类型-间壁式管壳式换热器与列管式换热器

管壳式换热器是由圆柱形壳体和安装在壳体内的许多管子组成的管束构成的。管壳式换热器是间壁式换热设备中应用最多的一种结构形式。结构上与列管式换热器完全一样,只是使用方式不一样.区别：列管式是料液走管程(就是管子里面),冷却水走壳程(管子和壳之间),管壳式正好相反.换热器的类型-间壁式4.肋片管式换热器：肋片管式换热器由加肋片的管束构成。由于管外肋片强化了换热，增大了单位体积的传热量，从而高效紧凑。这类换热器适用于壁面两侧换热系数相差较大的场合，如家用取暖器、汽车水箱散热器，空调系统的蒸发器等。换热器的类型-间壁式5.板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。通常包括夹套换热器、平板式换热器、螺旋板式换热器和板翅式换热器等。换热器的类型6.热管换热器：特点是热量传递分汽化、蒸汽流动和冷凝三步进行，由于汽化和冷凝的对流强度都很大，蒸汽的流动阻力又较小，因此热管的传热热阻很小。因此，它特别适用于低温差传热的场合。热管换热器具有传热能力大、结构简单、工作可靠等优点。管壳式换热器的常见故障及排除方法壳程式换热器在使用的过程中，最容易发生故障的是作为换热元件的管子。流体对管束的冲刷、腐蚀，都可能造成管子的损坏。因此在日常的维护中应经常对换热器进行检查，以便及时发现故障，并采取相应的措施进行修理。管壳式换热器的常见故障有管子振动、管壁积垢、腐蚀与磨损、介质泄漏等。管壳式换热器的常见故障及排除方法1.管子的振动与防振措施

管壳式换热器中管子产生振动是一种常见故障。引起振动的原因有：管束与泵、压缩机产生的共振；由于流速、管壁厚度、折流板间距、管束排列等综合因素的影响而引起的振动；流体横向穿过管束时产生的冲击等。如振动现象严重，可能产生的结果有：相邻管子或管子与壳体间发生碰撞；使管子和壳壁受到磨损而开裂；管子撞击折流板而被切断；管端与管板连接处松动而发生泄漏；管子发生疲劳破坏；增大壳程流体的流动阻力等。

当换热管发生振动时，应针对振动产生的不同原因采取不同的对策。常用的方法有：在流体人口处前设置缓冲措施防止脉冲；折流板上的孔径与管子外径间隙尽量地小；减小折流板间隔，使管子振幅变小；加大管壁厚度和折流板厚度，增加管子刚性等。管壳式换热器的常见故障及排除方法2.管壁积垢

由于换热器操作中所处理的流体，有的是悬浮液，有的夹带有固体颗粒，有的粘结物含量高，有的含有泥沙、藻类等杂质。随着使用时间的延长，在换热管的内外表面上会产生积垢。积垢引起的故障有：总导热系数下降，传热效率降低；使换热管的管径，因积垢而减小，使得流体通过管内的流速增加，造成压力损失增大；积垢导致管壁腐蚀，腐蚀严重时，造成管壁穿孔，两种流体混合而破坏正常操作。

对积垢采取的措施有：加强巡回检查，了解积垢的程度；对某些可净化的流体，在进入换热器前进行净化(如水处理)；对于易结垢的流体，应采用容易检查、拆卸和清洗的结构；定期进行污垢的清除等。管壳式换热器的常见故障及排除方法3.管子的泄漏

管子发生泄漏的事故较多，主要原因有介质的冲刷引起的磨损，导致管壁破裂；介质或积垢腐蚀穿孔；管子振动引起管子与管板连接处泄漏。当发现管子有泄漏现象时，采取的措施视泄漏管数的多少而定。如果管束中仅有一根或数根管子泄漏，可采用堵塞的方法进行修理。即用做成锥形的金属材料塞在管子两端打紧焊牢，将损坏