第九章换热器

1、 第九章第九章 换热器换热器员员 工工 培培 训训2进行热量交换的设备称为换热器（热交换器）。进行热量交换的设备称为换热器（热交换器）。换热器的分类换热器的分类1.1.直接接触式换热器直接接触式换热器( (混和式换热器混和式换热器) )2.2.蓄热式换热器蓄热式换热器( (回流式换热器回流式换热器) )3.3.间壁式换热器间壁式换热器( (间接式换热器间接式换热器) )第一节第一节 换热器的分类换热器的分类3 冷、热流体直接接触，冷、热流体直接接触， 相互混和传热。相互混和传热。 特点是结构简单，传热效率高。如凉水塔、洗涤塔、文特点是结构简单，传热效率高。如凉水塔、洗涤塔、文 氏管及喷射冷氏管

2、及喷射冷 凝器等。凝器等。1.直接接触式换热器直接接触式换热器42.2.蓄热式换热器蓄热式换热器适于适于高温气体热量的回高温气体热量的回收或冷却收或冷却。如回转式空气预热器。如回转式空气预热器。热流体热流体冷流体冷流体蓄热体蓄热体53.3.间壁式换热器间壁式换热器冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体热流体通过壁面传递给冷流体。如各种管式、板式结构的换热器。如各种管式、板式结构的换热器。管式换热器管式换热器 主要包括：主要包括：蛇管，套管、列管式换蛇管，套管、列管式换热器；热器；板式换热器板式换热器 主要包括：主要包括：平

3、板式，螺旋板式、板平板式，螺旋板式、板翅式换热器。翅式换热器。6管壳式换热器又称列管式换热器管壳式换热器又称列管式换热器，传热效果较好，适应，传热效果较好，适应性强，操作弹性大，使用经验成熟，尤其适用于高温、性强，操作弹性大，使用经验成熟，尤其适用于高温、高压和大型装置中。高压和大型装置中。管壳式换热器主要由管壳式换热器主要由管板、管束、管箱、折流板、接管、管板、管束、管箱、折流板、接管、壳体、封头壳体、封头等部分组成。等部分组成。换热管固定在管板上形成一组管束，管束外套有圆筒形换热管固定在管板上形成一组管束，管束外套有圆筒形薄壳，即薄壳，即壳体壳体。进行热交换时，一种流体在管内流动，。进行热

4、交换时，一种流体在管内流动，其行程成为其行程成为管程管程；另一种流体在管束与壳体的空隙中流；另一种流体在管束与壳体的空隙中流动，称为动，称为壳程壳程。管束的壁面即为。管束的壁面即为传热面传热面。第二节第二节 管壳式换热器管壳式换热器7管壳式换热器的总体结构管壳式换热器的总体结构89管壳式换热器的总体结构管壳式换热器的总体结构10一、列管式换热器的类型一、列管式换热器的类型管壳式换热器可以分为刚性结构与具有补偿装管壳式换热器可以分为刚性结构与具有补偿装置的两大类。置的两大类。固定管板式换热器固定管板式换热器 浮头式换热器浮头式换热器填料函式换热器填料函式换热器U型管式换热器型管式换热器11管板与

5、壳体焊接为一体，结构简单紧凑，壳体直径相同管板与壳体焊接为一体，结构简单紧凑，壳体直径相同时，排管数最多。时，排管数最多。适用于壳体流程清洁，适用于壳体流程清洁， 不易结垢的场合。同时不易结垢的场合。同时要求壳体要求壳体壁温与管子壁温之差不得大于壁温与管子壁温之差不得大于50。当壳体与管子温差当壳体与管子温差大时应在壳体上加温度补偿装置大时应在壳体上加温度补偿装置膨胀节。膨胀节。1.固定管板式换热器固定管板式换热器12一端管板固定，另一管板可浮动（浮头）。一端管板固定，另一管板可浮动（浮头）。管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内。管束可管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内。管束可在壳体

6、内自由伸缩，在壳体内自由伸缩，不会产生热应力不会产生热应力。可用于温差较大。可用于温差较大的两种介质的换热。的两种介质的换热。缺点：结构复杂，造价高，浮头处的泄漏不易发现；排缺点：结构复杂，造价高，浮头处的泄漏不易发现；排管数少。管数少。2.浮头式换热器浮头式换热器133.填料函式换热器填料函式换热器是浮头式的改型结构，把原置于壳体内部的浮头移出壳体，是浮头式的改型结构，把原置于壳体内部的浮头移出壳体，并采用填料函密封。并采用填料函密封。缺点缺点：排管数少，排管数少，密封性能差密封性能差，故壳程中不宜处，故壳程中不宜处 理易燃，理易燃，易爆或有毒的流体。同时要求壳易爆或有毒的流体。同时要求壳

7、程流体的压力不宜过高。程流体的压力不宜过高。具有浮头换热器的优点，具有浮头换热器的优点，无温差应力无温差应力，结构比浮头式简单，结构比浮头式简单，制造方便，管束可抽出，易于检修清洗。常用制造方便，管束可抽出，易于检修清洗。常用 于一些腐于一些腐蚀严重，经常更换管束的场合。蚀严重，经常更换管束的场合。14只有一块管板，换热管弯成只有一块管板，换热管弯成U形，管箱分程。结构简单，形，管箱分程。结构简单，造价低。造价低。无温差应力无温差应力缺点：管内清洗困难，排管数少。缺点：管内清洗困难，排管数少。适用于壳程流体易结垢，或壳体壁温与管壁温之差较大的适用于壳程流体易结垢，或壳体壁温与管壁温之差较大的场

8、合，但要求管程流体较清洁，不易结垢。场合，但要求管程流体较清洁，不易结垢。4. U U型管式换热器型管式换热器15二、二、列管式换热器型号的表示方法列管式换热器型号的表示方法XXX：第一字母代表前端管箱型式，第二字母代表壳体型第一字母代表前端管箱型式，第二字母代表壳体型 式式 ，第三字母代表后端结构。，第三字母代表后端结构。 DN：公称直径公称直径(mm)。Pt/Ps：管管/壳程设计压力（壳程设计压力（MPa），压力相等时只写），压力相等时只写Pt。A：公称换热面积公称换热面积 m2LN/d： LN 公称长度，公称长度，m；d换热管外径，换热管外径，mmNt /Ns：管管/壳程数，单壳程时只写

9、壳程数，单壳程时只写Nt。(或或)： 级换热器级换热器(或或级换热器级换热器)或ststNNdLNAPPDNXXX16换热器主要部件的分类及代号换热器主要部件的分类及代号17三、三、列管板式换热器主要部件及结构列管板式换热器主要部件及结构管壳式换热器的主要元件管壳式换热器的主要元件：壳体、前后管箱、管板、管壳体、前后管箱、管板、管束、折流板或支持板、接管、法兰、支座及附件等组成。束、折流板或支持板、接管、法兰、支座及附件等组成。壳体：壳体：按内压容器强度计算进行，固按内压容器强度计算进行，固定管板式要进行温差应力计算。定管板式要进行温差应力计算。管箱：管箱：由由封头、管箱短节、法兰连接、封头、

10、管箱短节、法兰连接、分程隔板分程隔板等组成。等组成。 1.壳体与管箱壳体与管箱18管径管径：传热管径越小，换热器单位体积的传热面积就越大，：传热管径越小，换热器单位体积的传热面积就越大，设备就越紧凑，但制造麻烦。洁净的流体可取小管径；我设备就越紧凑，但制造麻烦。洁净的流体可取小管径；我国列管式换热器标准中采用国列管式换热器标准中采用192mm、252mm、252.5mm等规格。等规格。 管长管长：推荐管长有：推荐管长有1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12.0m，其中以，其中以3m和和6m最为普遍。最为普遍。管子材料管子材料：根据设计压力、温度、介质腐蚀等

11、选择，有：根据设计压力、温度、介质腐蚀等选择，有10 、 20、20g、1Cr18Ni9Ti、Cu等。对于低压、高温、等。对于低压、高温、强腐蚀性介质的换热器可选用石墨、聚四氟乙烯。强腐蚀性介质的换热器可选用石墨、聚四氟乙烯。2. 换热管及其在管板上的排列换热管及其在管板上的排列换热换热管管19换热管在管板上的排列换热管在管板上的排列有正三角形、正方形、同心圆和组合排列四种。有正三角形、正方形、同心圆和组合排列四种。正三角形排列单位面积上的排管数最多；正三角形排列单位面积上的排管数最多；正方形排列管子间隙大，易清洗。适宜管间走脏、粘介质正方形排列管子间隙大，易清洗。适宜管间走脏、粘介质的情况；

12、的情况；管子间距管子间距t和管子与管板的连接方法有关。通常焊接法取和管子与管板的连接方法有关。通常焊接法取t=1.25do；而胀管法取；而胀管法取t=(1.31.5)do，且，且t(do+6)mm。20管板上换热管的排列方式管板上换热管的排列方式21管板与管子的连接有管板与管子的连接有胀接、焊接和胀焊结合胀接、焊接和胀焊结合三种形式。要求：要求：良好的气密性；良好的气密性；足够的结合力。足够的结合力。（1）胀接胀接 1) 原理原理：用胀管器伸入管板孔中的管子端部，使用胀管器伸入管板孔中的管子端部，使管端发生管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，

13、利，取去胀管器后，利用管板孔弹性收缩产生的残余应力箍紧管子。用管板孔弹性收缩产生的残余应力箍紧管子。 2）适用范围适用范围：设计压力设计压力4Mpa，设计温度，设计温度300。外径。外径d14mm。3.管板与换热管的连接管板与换热管的连接22（2 2）焊接）焊接 优点：优点： 管孔不需开槽，表面粗糙度要不高。加工简便。管孔不需开槽，表面粗糙度要不高。加工简便。 强度高，抗拉脱力强。强度高，抗拉脱力强。缺点：缺点：管子破漏需拆卸更换困难，一般堵死。管子破漏需拆卸更换困难，一般堵死。 管子、管板间存在间隙，易出现管子、管板间存在间隙，易出现缝隙腐蚀缝隙腐蚀。23（3 3）胀焊结合）胀焊结合先焊后胀

14、先焊后胀：先强度焊接，再贴张，以消除管端与管板孔间：先强度焊接，再贴张，以消除管端与管板孔间的间隙。的间隙。兼有上两种方法的优点，适用于高温、高压同时作用时或兼有上两种方法的优点，适用于高温、高压同时作用时或对连接接头的质量要求很高的场合。对连接接头的质量要求很高的场合。常用先焊后胀的连接工艺。常用先焊后胀的连接工艺。先胀后焊：先胀后焊：先胀接定位，再进行强度焊接，焊接质量好。先胀接定位，再进行强度焊接，焊接质量好。244. 管板与壳体的连接结构管板与壳体的连接结构可拆式连接：用于浮头式、填料函式、可拆式连接：用于浮头式、填料函式、U型管式换热器；型管式换热器；不可拆式：用于固定管板式换热器。

15、不可拆式：用于固定管板式换热器。管板与壳体的不可拆连接管板与壳体的不可拆连接管板管板兼作法兰兼作法兰 25（2）可拆式：浮头式、）可拆式：浮头式、U型管式及填料函式换热器型管式及填料函式换热器固定端管板与壳体的连接固定端管板与壳体的连接26管板与管箱法兰的密封结构管板与管箱法兰的密封结构固定管板式换热器管板与管箱法兰的连接密封固定管板式换热器管板与管箱法兰的连接密封27浮头式、浮头式、U形管式、填料函式式换热器管板与形管式、填料函式式换热器管板与 管箱法兰的连接密封管箱法兰的连接密封28管板与分程隔板的连接结构管板与分程隔板的连接结构是可拆连接；是可拆连接；分程隔板与管板之间采用填料密封。分程

16、隔板与管板之间采用填料密封。295.折流板及其它挡板折流板及其它挡板折流板和支持板折流板和支持板作用与结构作用与结构作用：作用：提高壳程内流体的流速；提高壳程内流体的流速； 加强湍流强度；加强湍流强度； 提高传热效率；提高传热效率； 支撑换热管。支撑换热管。 当工艺设计不需设置折流板而换热管又较细长时，为当工艺设计不需设置折流板而换热管又较细长时，为支承管束应设置支持板。支承管束应设置支持板。 30 弓形、弓形、 圆盘圆环形圆盘圆环形 带扇形切口带扇形切口折流板结构折流板结构31采用拉杆固定采用拉杆固定，常用的拉杆形式：，常用的拉杆形式：a.采用点焊结构采用点焊结构，适用于换热管外径，适用于换

17、热管外径14mm的管束的管束 。折流板的固定折流板的固定32b.拉杆定距管结构拉杆定距管结构，适用于换热管外径，适用于换热管外径19mm。折流板的固定折流板的固定33 防冲挡板防冲挡板为防止壳程进口处流体直接冲击换热管，为防止壳程进口处流体直接冲击换热管， 在壳程物料在壳程物料进口处设置防冲挡板。进口处设置防冲挡板。34目的是把进入壳程的流体引导至管束端头，以充分利用目的是把进入壳程的流体引导至管束端头，以充分利用换热面积，同时兼有防冲板作用。换热面积，同时兼有防冲板作用。导流筒导流筒35若壳程介质是蒸汽，可采用扩大管以起缓冲作用。若壳程介质是蒸汽，可采用扩大管以起缓冲作用。扩大管扩大管36拦

18、液板拦液板在立式冷凝器中起截拦液膜作用。从而提高传在立式冷凝器中起截拦液膜作用。从而提高传热膜系数。热膜系数。37旁路挡板旁路挡板当管束与壳体内壁之间的环隙空间较大时，为防止壳程流当管束与壳体内壁之间的环隙空间较大时，为防止壳程流体沿管束与壳体的环隙空间走短路，应设置旁路挡板。体沿管束与壳体的环隙空间走短路，应设置旁路挡板。旁路挡板由扁钢条制成。旁路挡板由扁钢条制成。38排液的换热器应在壳程的最高、最低点，分别设置排气、排液的换热器应在壳程的最高、最低点，分别设置排气、排液接管。排液接管。 排液孔与排气管排液孔与排气管396.膨胀节膨胀节膨胀节膨胀节依靠易变形的挠性构件对管子与壳体的依靠易变形

19、的挠性构件对管子与壳体的热膨胀差进行补偿，以此来降低壳体与管子间热膨胀差进行补偿，以此来降低壳体与管子间的温差应力。的温差应力。1）波形膨胀节（）波形膨胀节（U型膨胀节）型膨胀节）2）平板膨胀节）平板膨胀节3） 形膨胀节形膨胀节4）夹壳膨胀节）夹壳膨胀节40 膨胀节膨胀节41第三节第三节 非列管式换热器非列管式换热器42蛇管多以金属管弯绕而成，蛇管多以金属管弯绕而成， 沉浸在容器中。沉浸在容器中。优点：优点：结构简单，能承受高结构简单，能承受高 压，可用耐腐蚀材料制造。压，可用耐腐蚀材料制造。缺点：缺点：容器内液体湍动程度容器内液体湍动程度低。低。一、沉浸式蛇管换热器一、沉浸式蛇管换热器43二

20、、夹二、夹套式换热器套式换热器容器外壁装有夹套，夹套容器外壁装有夹套，夹套与器壁之间形成的密闭空与器壁之间形成的密闭空间，为流体的通道，冷热间，为流体的通道，冷热流体的换热是通过容器的流体的换热是通过容器的壁面进行。壁面进行。结构简单，能在物料反应结构简单，能在物料反应的同时进行换热，省却了的同时进行换热，省却了另设换热设备的麻烦。另设换热设备的麻烦。44三、三、套管式换热器套管式换热器将两种直径不同的直管制成同心套管，根据换热要求将将两种直径不同的直管制成同心套管，根据换热要求将若干段套管连接组合而成。若干段套管连接组合而成。 优点优点：结构简单，能耐：结构简单，能耐高压，传热面积易于增高压

21、，传热面积易于增减；减； 缺点缺点：设备结构不紧凑，：设备结构不紧凑，金属耗用量大，一般用金属耗用量大，一般用于换热量不大的场合。于换热量不大的场合。45主要主要用于管内流体的冷却用于管内流体的冷却，常设置在室外空气流，常设置在室外空气流通处。通处。Fl换热器动画喷淋式换热器.swf四、四、喷淋式蛇管换热器喷淋式蛇管换热器46它是在管的表面上加装一定形式的翅片，主要用于两种流它是在管的表面上加装一定形式的翅片，主要用于两种流体的对流传热系数相差较大时。体的对流传热系数相差较大时。五、五、翅片管式换热器翅片管式换热器47每块板的每块板的4个角上有圆孔个角上有圆孔，其中，其中一对圆孔和板间相通，而另一对圆孔和板间相通，而另外一对圆孔通过加装垫片和板内相隔，在相邻板上错开以外一对圆孔通过加装垫片和板内相隔，在相邻板上错开以分别形成两流体通道，分别形成两流体通道，从而使两流体交错地流过板片两侧从而使两流体交错地流过板片两侧通过板片进行换热通过板片进行换热。六、板式换热器六、板式换热器由一组长方形由一组长方形 的金属的金属薄板平行组装于支架薄板平行组装于支架上而构成，相邻板间上而构成，相邻板间衬有橡胶垫片，压紧衬有橡胶垫片，压紧后板内形成密封的液后板内形成密封的液体通道。体通道。48 板式换热器流程