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文档简介

按照传统方式的不同,换热设备可分为三类:1混合式换热器利用冷、热流体直接能与混合的作用进行热量的交换这类交换器的结构简单、但价便宜、常做成塔状。两种容许完全混合且不同温度的介质,在直接接触的过程中完成其热量的传递。例如:冷水塔(凉水塔)、造粒塔、气流干燥装置、流化床等。2蓄热式换热器在这类换热器中,能量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过,把热量积蓄在蓄热体中,然后再让冷流体通过,把热量带走。由于两种流体交变转换输入,因此不可避免的存在着一小部分流体相互掺和的现象,造成流体的“污染”。蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大,故较适用于气气热交换的场合。主要用于石油化工生产中的原料气转化和空气余热。回转蓄热式换热器的结构特点是实现连续操作,换热器中的蓄热体一般采用成型板片或金属丝网组装的扇形柜内,其外部由金属壳体密封,并以每分14转得慢速转动进行连续换热。3、间壁式换热器所谓间壁式换热器,是指两种不同温度的流体在固定的壁面(称为传热面)相隔的空间里流动,通过璧面得导热和壁表面的对流换热进行热量的传递。参加换热的流体不会混合,传递过程连续而稳定地进行。间壁式换热器的传热面大多采用导热性能良好的金属制造。在某些场合由于防腐的需要,也有用非金属(如石墨,聚四乙烯等)制造的。这是工业制造最为广泛应用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开通过璧面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它可分为:(1)管式换热器:如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等。(2)板面式换热器:如板式、螺旋板式,、板壳式等。(3)扩展表面式换热器: 如板翅式、管翅式、强化的传热管等。一. 夹套式换热器结构如图所示。夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却。当用蒸汽进行加热时,蒸汽上部接管进入夹套,冷凝水由下部接管流出。作为冷却器时,冷却介质(如冷却水)由夹套下部接管进入,由上部接管流出。夹套式换热器结构简单,但由于其加热面受容器壁面限制,传热面较小,且传热系数不高。二.喷淋式换热器喷淋式换热器的结构与操作如下图所示。这种换热器多用作冷却器。热流体在管内自下而上流动,冷水由最上面的淋水管流出,均匀地分布在蛇管上,并沿其表面呈膜状自上而下流下,最后流入水槽排出。喷淋式换热器常置于室外空气流通处。冷却水在空气中汽化亦可带走部分热量,增强冷却效果。其优点是便于检修,传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀。三.套管式换热器套管式换热器的基本部件由直径不同的直管按同轴线相套组合而成。内管用180暗幕赝涔芰?樱?夤芤嘈枇?樱?峁谷缤妓?尽恳欢翁坠芪?怀蹋?砍逃行任?6m。若管子太长,管中间会向下弯曲,使环隙中的流体分布不均匀。套管换热器的优点是构造简单,内管能耐高压,传热面积可根据需要增减,适当选择两管的管径,两流体皆可获得适宜的流速,且两流体可作严格逆流。其缺点是管间接头较多,接头处易泄漏,单位换热器体积具有的传热面积较小。故适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。四.管壳式换热器1.固定管板式结构如图所示。管子两端与管板的连接方式可用焊接法或胀接法固定。壳体则同管板焊接。从而管束、管板与壳体成为一个不可拆的整体。这就是固定管板式名称的由来。折流板主要是圆缺形与盘环形两种,其结构如图所示。操作时,管壁温度是由管程与壳程流体共同控制的,而壳壁温度只与壳程流体有关,与管程流体无关。管壁与壳壁温度不同,二者线膨胀不同,又因整体是固定结构,必产生热应力。热应力大时可能使管子压弯或把管子从管板处拉脱。所以当热、冷流体间温差超过50时应有减小热应力的措施,称“热补偿”。固定管板式列管换热器常用“膨胀节”结构进行热补偿。图所示的为具有膨胀节的固定管板式换热器,即在壳体上焊接一个横断面带圆弧型的钢环。该膨胀节在受到换热器轴向应力时会发生形变,使壳体伸缩,从而减小热应力。但这种补偿方式仍不适用于热、冷流体温差较大(大于70)的场合,且因膨胀节是承压薄弱处,壳程流体压强不宜超过6at。为更好地解决热应力问题,在固定管板式的基础上,又发展了浮头式和U型管式列管换热器。2.浮头式结构如图所示。其特点是有一端管板不与外壳相连,可以沿轴向自由伸缩。这种结构不但完全消除了热应力,而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接,整个管束可以从壳体中抽出,便于清洗和检修。浮头式换热式应用较为普遍,但结构复杂,造价较高。3.U型管式如图所示,U型管式换热器每根管子都弯成U型,管子的进出口均安装在同一管板上。封头内用隔板分成两室。这样,管子可以自由伸缩,与壳体无关。这种换热器结构适用于高温和高压场合,其主要不足之处是管内清洗不易,制造困难。换热器的作用换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器,冷却器,冷凝器,蒸发器和再沸器等,应用更加广泛. 换热器种类很多,但根据冷,热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类,即间壁式,混合式和蓄热式.在三类换热器中,间壁式换热器应用最多,: 1 .间壁式换热器的类型 夹套式换热器 这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却. 沉浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器. 喷淋式换热器 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上,热流体在管内流动,冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善. 套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大. 套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式. 管壳式换热器 管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位. 管壳式换热器主要有壳体,管束,管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上.在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程.管束的壁面即为传热面. 为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板.折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加.常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛. 流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程.为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组.这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程.同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程.在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同.如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱.因此,当管束和壳体温度差超过50时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力. 2.混合式换热器混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的,这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻,只要流体间的接触情况良好,就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合,都可以采用混合式热交换器,例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。 混合式热交换器的种类 按照用途的不同,可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型: (1)冷却塔(或称冷水塔) 在这种设备中,用自然通风或机械通风的方法,将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用,以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等,经过水冷却塔降温之后再循环使用,这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。 (2)气体洗涤塔(或称洗涤塔) 在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的,例如用液体吸收气体混合物中的某些组分,除净气体中的灰尘,气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体,而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室,可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却,而且还可对其进行加热处理。但是,它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点:所以,目前在一般建筑中,喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是,在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用! (3)喷射式热交换器 在这种设备中,使压力较高的流体由喷管喷出,形成很高的速度,低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热传质,并同进入扩散管,在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。 (4)混合式冷凝器 这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝3.蓄热式换热器蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物,用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子(有时用金属波形带等)。换热分两个阶段进行。第一阶段,热气体通过火格子,将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段,冷气体通过火格子,接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用,即当热气体进入一器时,冷气体进入另一器。常用于冶金工业,如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业,如煤气炉中的空气预热器或燃烧室,人造石油厂中的蓄热式裂化炉。 蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。3 一堆各种换热器设计,计算,国标的PDF资料一堆各种换热器设计,计算,国标的PDF资料发布: 2010-2-05 11:22 | 作者: huogodluntan | 来源: 马后炮科技财经驿站请大家按需索取,各自为乐了! 10.JPG11.JPG12.JPG13.JPG14.JPG15.JPG16.JPG17.JPG18.JPG列管式换热器设计步骤及计算换热器, 列管, 设计引言列管式换热器是一种结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广的换热器.因此在石油、化工生产中,尤其是高温高压等大型换热器的主要结构形式.目前,对于换热器的研究主要集中在异形换热管传热性能等方面,对于换热器的整体优化,简化设计少见报道.& N# m L2 T8 oy % Z, gk5 t# j0 p: |* p* F5 A0 X$ C1列管式换热器设计步骤及计算1.1工艺计算列管式换热器的设计,首先要根据生产工艺条件的要求,通过化工工艺计算,确定换热的传热面积,同时选择管径、管长、决定管数、管程数和壳程数.b9 J- L; w2 W8 X v, l4 X1.1.1换热器初步设计2 # 3 T0 O# H: c* q6 T传热量Q=W.Cp.(T1-T2)2 O2 K- I i. p/ y R有效传热温差T、对数平均温差tm- o9 ! 5 q. s# S* j7 L8 & e% s0 g8 q& g Q* ; _4 |8 P5 l n* i$ . db假定换热器的壳程数为1,管程数为NB,计算并查取其温差修正系数Ft,则T=Ft.tm9 j$ Q) + Z( o5 O2 k根据换热剂性质和工艺条件,设总传热系数K,所需的换热面积A: D! D* j3 x0 A8 W; J, M4 W4 C8 sZ( g$ P3 _0 + z0 O3 NR( S7 j+ ( S$ D! 1.1.2传热管因为换热管的换热是依靠传热管构成传热面来进行.所以管子的尺寸、形状对传热有很大影响.同时,管子的大小,管子的排列对清洁污垢非常重要.4 : : : O* g; Z) |通常采用光管或低翅片管,规格为192和252.5. Y0 J ) j- K传热管根数1 v0 W q) 7 s& 确定管子排列方式和管间距a( i- A# D) S$ I+ v8 W. 管子材料由流体化学性质和工艺设计条件如压力、温度等确定* m / P6 F* a- r; R. E; 2 % I: L! F, r o: 1 U1.2换热器的机械设计0 U8 s v- S, U( N1.2.1壳体直径Di和厚度S的计算$ A. q7 s5 G H: t: K b! 6 H5 g p( c4 v2 K, 1 _2 U) t: o* r1.2.2壳体材料可根据物料性质、操作压力、温度来确定.# H y. V# S+ ?3 $ ?; n1.2.3换热器封头的选择采用标准封头,根据JB115473选择$ c9 e; g# q6 C+ d. g1.2.4容器法兰选择根据JB116082标准选择0 7 g; |; Q# p1 U1.2.5管板尺寸由钢制列管式固定管板换热器结构设计手册计算、选定.+ J; f1 X+ S% * / Z/ w! m3 O: g/ c1.2.6管子拉脱力的计算对于胀接接头,由于流体压力,及管壳壁温差应力的联合作用,使得在接头处产生使管子与管板有脱离倾向的拉脱力q.若管子与管板为焊接接头,则不需校核拉脱力.) Z |/ 4 / O6 # M* 0 s; c/ L+ ?. ! I0 T m0 0 h7 r0 j0 n m) B1 U# W$ y1.2.7温差应力的计算对于固定管板式换热器,因为温差应力较大,通常需要计算、校核温差应力,进而判断是否需要设置膨胀节.- y) I/ ! n; O& F温差轴向力5 Y0 g: m; C3 O: c7 x8 a- ?8 % a# dvFC& y% _3 H2 + o- g( 4 & . b; r温差应力/ h1 B! w4 s0 n2 _5 g( Q9 % E; v: a! n0 W7 Y5 K5 ) C+ Z; W 6 o* o% |* j( P ot=FAt3 Z8 E( U8 N$ M$ J; js=FAs L+ J# nC- Y3 x) V* K9 h7 A5 K2 d5 Q p O?5 - : u1 $ C! X6 U0 r& b/ _+ a. g0 k- F7 t# f* q$ W* u) L1.2.8折流板在换热器中设置折流板,可提高壳程内流体的流速和加强湍流强度,从而提高传热效率,是强化传热的一种结构.: y& i& n0 a. M8 E, _常用圆缺形折流板.a, _/ b6 U+ 根据经验,折流板间的间隔不大于壳体内径,最小为壳内径的 板间距太大湍流强度会不够,太小则增加了流动阻力. P) a. E- N7 Uo1 l$ g3 w* x- X; i9 J1 B1.3管、壳程压降的计算根据初定的换热器,计算管、壳程的压降、检验其结果是否合理,否则需要重新调整管程数和折流板间距. k9 p% P* j9 f: 8 h1.3.1壳程压降Po % L3 ?% h3 I% u% Cu- pn7 T1.3.2管程压降Pi8 q5 Hj3 N) g& n 0 c3 B) |- 1 x# Y$ g( ?2 & I4 j( W9 n) |- F1.4总传热系数在初步确定换热器的结构和尺寸后,要计算总传热系数K,比较初设的总传热系数K,当KK1.51.25,则初选的换热器合适,否则需要重复设计.& b$ b0 o# Q Y5 a3 k管程对流传热系数i# ! G, L3 _. o可根据管内流体的流型选择相应的计算公式 |* H; m1 h/ h1 m4 V Ti=f(Re,Pr), O4 r! E3 E7 X7 s O: s3 j5 r2 Q- H1 A- G7 |4 u$ O+ * S8 R壳程对流传系数o.0 V, _! P9 J: o/ MDonohue法1 2 H- k! j* S3 S- f: # t+ r, 4 X7 R总传热系数. d D- E2 x, o5 O o7 Y9 s8 Z8 z# X9 G1 l对于间壁、污垢层热阻,可视它们对K的影响占5%,所以 ! ?- 6 4 $ J6 t |2实例设计2.1欲用水将流量为60m3h的苯液从80冷至35,水入口温度为25,若出口温度分别为30、35、40设计相应适宜的换热器.(壳程走苯,管程走水)9 _0 X/ D; g% h5 : Q3 V物性:(kg/m3)Cp(KJKg)(mPas)(KJ/m2)# o+ t9 x, k x苯:8801.601.150.148: 6 j# y( C1 B! K, 水:9944.1870.7270.626! K5 J9 F8 d$ X 设计结果均采用固定管扳式换热器(无需膨胀节)0 n6 P1 f& y, G7 N6 S$

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