换热设备概论

1、第六章 换热设备换热器或称热交换器，是石油、化工、生产中重要的化工设 备之一。它在石油、化工厂建设总投资中约占20，在全厂化工设备总重量中约占 40。第一节 换热设备的分类及工作原理1、换热设备的分类将一温度较高的热流体的热量传给另一温度较低的冷流体 的设备叫换热设备。 两种温度不同的流体通过热量的交换， 使一 种流体降温而另一种流体升温。 以满足各自的需要， 例如在柴油 加氢精制装置中， 冷的原料油及冷氢经高压换热器， 从反应流出 物及热高分气体中获得热量而升高温度送入反应器， 热的反应流 出物和热高分气体冷却进入下一工序，如此就充分回收了热量。炼油厂换热设备的形式专门多， 按用途可分为加热

2、器、 冷却 器、冷凝器和重沸器。要紧用于加热物料的叫加热器；用水等冷 却剂来冷却物料的则叫冷却器， 象分馏塔的馏出线冷却器等； 热 的流体是气态， 通过换热后被冷凝成为液态的称为冷凝器， 如分 馏塔塔顶汽油冷凝器等； 一种液体被加热而蒸发成为气态的叫重 沸器（再沸器 ）或汽化器。按换热设备的结构可分为管式换热器和板式换热器。 管式换热器的传热面由管子表面构成，即冷热流体之间以管壁做间壁， 如管壳式、 套管式、翅管式等。 板式换热器的传热面由板面构成， 即冷热流体之间以板做间壁，如螺旋板式、平板式等。换热设备的常用材料要紧是钢材，其次是铝、铜等。也有一 些是用非金属材料制造的换热设备，如石墨、聚

3、四氟乙烯等，它 们大多具有耐高、低温及耐腐蚀等专门性能。2、热设备的工作原理热量从高温物体传送给低温物体称为传热。 传热的方式有三 种：传导、对流和辐射。在换热设备中要紧是以传导和对流两种 方式进行换热的，如图 6.1 所示，热流体 （ 温度 t1） 先以对流传 热方式将热量 Q（kJ/h） 传给管 （板）壁的一侧 （ 温度为 t2） ，再以传 导传热方式将热量传过管 （板）壁（温度由 t2 变成 t3） ，最后管 （板） 壁另一侧又将热量以对流传热方式传给了冷流体 （ 温度为 t4） 。 关于稳定传热过程，上述的传换过程可表示为：Q= K F （及 F（t1 t4）式中 Q- 热负荷， 换热

4、器每单位小时传递的热量， kcal h；F- 传热表面积， m3；K-换热器的传热系数，表示冷热流体温差为1C,单位小时内穿过1m2的管（板）壁面积所传递的热量。它是一个与流体的2 / 52性质、流速、管（板）材料、管（板）壁结垢情况及流体状态有关的量。一般工业用换热器的K值的大致范围见表6-1图6.1通过器壁的传热表6.1 传热系数K气*一左水水冷摄耗一水10*-503007GO1 SOO晰4 QW)第二节总体结构与壳程流路典型的管壳式换热器如图 6.2、63所示，图中与各件号相应的零部件名称见表6.2图6.2 AES、BES浮头式换热器（零件名称见表 6.2）1图6.3 BEM立式固定管板

5、式换热器（零件名称见表 6.2 ）表6.2 零部件名称4LKtt)7嗨嗎虫耳式“畔料）U ftJIfeftW内睚城冬纵心展典第啊哺I1.I色辅医恺n琵啟HWF）甘再块卅凭杲肓运涉7|廉心吓蛊T*»te宰茨9 収(sin j吋辈掾用f H* >爭2卑H*iil世串业幷n粕鼻出忤往审jii卫苛外S（主仏芸* -M4 - 邙-»号 1-舟2-<址轧認蛇成聲申£特担:Li . I :f*F： +r t|I i打备诉f紐+丰'我们把设有管程进出口接管的一端称为前端管箱（关于浮头式换热器，也称为固定端管箱）有时也在后端设管程的进出口）图6.2为卧式浮头换热

6、器。 心线为界表示了两种不同的结构，与此相对的另一端称为后端 （但图左边的固定端管箱部分， 以中上半部是平盖式管箱，平盖用法兰与管箱相连，能够拆卸；下半部是封头式管箱，封头不能单独拆卸。圈63为立式固定管板换热器管壳式换热器的壳程，设有多个折流板（图6.2件号11）,其目的是使壳程流体循序横向掠过管束，充分的与管内流体作错流换热。由于结构与制造上的缘故， 折流板管孔与换热管之间存 有间隙，折流板与壳体之间亦有间隙。此外，换热管排列在管板 上不可能完全均匀，在外周以及与管程的分程隔板相对应的地点 要排得稀疏一些。因此，壳程流体除了横掠管束的主流一一错流 流路B （见图6.4 ）之外，还存在着 A

7、、C、E、F四种漏流流路与 旁流流路。在这些流路中的流体，较少与换热管接触，没有足够 的换热条件，因此阻碍了整个换热器的效率。图6.4壳程流路第三节管壳式换热器1、管壳式换热器的结构类型管壳式换热器也叫管束式换热器， 或叫列管式换热器。它由 胀接（或焊接 ）在管板上的管束装于圆筒形外壳内组成 见图 6.2。 一种流体 （ 设为高温载体 ）由管程进口进入管箱， 沿管束的管内流 淌再通过管箱由管程出口排出；另一种流体 （ 设为低温热载体 ） 由壳程进口进人， 穿过装满管束的壳体空间经壳程出口排出， 两 种流体在换热器内通过管束的管壁传送热量。 按照结构特点管壳 式换热器可分为固定管板式、浮头式、填

8、函式、 U 型管式和釜式 五种，各有其优缺点与适用场合。（1）固定管板式换热器这种换热器（图 6.3 ）的特点是壳体与管板直接焊接，结构 简单而紧凑。在壳体直径相同时，排管数最多。因为两管板之间 有管子互相支撑，得到了加强，因此管板能够较薄，因此造价比 较廉价，应用也较广。 但这种换热器的管束不能抽出进行机械请 洗；有时为了减少换热器壳体与管子上在工作时产生的温度应 力，要在壳体上设膨胀节（见图 6.3 件号 44），而膨胀节的强度 不高，现在壳程承受的压力就不能太大。固定管板式换热器适用于壳程介质不易结垢， 或虽有垢但可 进行化学清洗的场合； 壳壁与管壁因温度差而引起的膨胀量之差 不大，或膨胀差虽大但壳程压力不高的情况。（2）浮头式换热器这种换热器（图6.2 ）的特点是管束能够自由膨胀，并可从 壳体内抽出，以清洗壳方管间。但这种换热器的结构比较复杂， 造价要比固定管板式高约 20 %。而且管束和壳体的环隙较大， 增大了管束外围的旁流流路，阻碍了换热