过程设备设计-第六章(61)

1、1第六章第六章 换热设备换热设备6.2 6.2 管壳式换热器管壳式换热器6.3 6.3 传热强化技术传热强化技术2使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备定义定义应用应用它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种通用药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种通用设备设备投资比重投资比重化工厂中，约占总投资的化工厂中，约占总投资的10%10%20%20%；炼油厂中，约占总投资的炼油厂中，约占总投资的35%35%40%40%。作用作用a.a.使流体温度达到工艺流程规定

2、的指标，使流体温度达到工艺流程规定的指标， 以满足工艺流程上的需要。以满足工艺流程上的需要。b.b.回收利用余热、废热回收利用余热、废热使热能总利用率使热能总利用率， 燃料消耗燃料消耗，电耗，电耗一、应一、应 用：用： 3二、换热设备应满足的条件（要求）：二、换热设备应满足的条件（要求）： 1.1.合理地实现所规定的工艺条件：合理地实现所规定的工艺条件：考虑考虑: 传热量传热量与传热面积有关与结构有关与传热面积有关与结构有关 操作参数操作参数(p, t, 介质介质,流量流量) 流体物化性质流体物化性质(密度密度,粘度粘度,导热系数导热系数) 流体腐蚀性流体腐蚀性与材料有关与材料有关与给热系数有

3、关与给热系数有关 结构有关结构有关2.2.强度足够强度足够, ,结构可靠结构可靠换热器存在强、刚、换热器存在强、刚、t t 引出补偿问题引出补偿问题。3.3.便于制造、安装、操作、维修便于制造、安装、操作、维修流体结垢流体结垢/ /沉淀沉淀 需便于清洗、装拆。需便于清洗、装拆。4.4.经济合理经济合理成本低。成本低。上面各方面条件互相矛盾时，需最优化设计上面各方面条件互相矛盾时，需最优化设计 综合设备费用使成本操作费用4三、换热设备分类：三、换热设备分类： 1.按使用目的按使用目的 （工艺要求）（工艺要求） 热交换器热交换器生产本身内部两种流体间的换热生产本身内部两种流体间的换热冷却器冷却器用

4、冷却水来冷却流体用冷却水来冷却流体加热器加热器用水蒸气来加热流体用水蒸气来加热流体冷凝器冷凝器用冷却水将蒸汽冷凝用冷却水将蒸汽冷凝蒸发器蒸发器用水蒸气将流体中的水蒸发用水蒸气将流体中的水蒸发 再沸器再沸器用水蒸气将水溶液沸腾用水蒸气将水溶液沸腾混合式混合式利用冷热流体直接接触与混合作用进行利用冷热流体直接接触与混合作用进行 换热。图换热。图6-1冷却塔冷却塔蓄热式蓄热式让两种温度不同的流体先后通过同一种让两种温度不同的流体先后通过同一种 固体填料。图固体填料。图6-2间壁式间壁式冷、热流体通过壁面进行传热。冷、热流体通过壁面进行传热。中间载热体式中间载热体式载热体在高温流体换热器和低温载热体在

5、高温流体换热器和低温 流体换热器间循环。如热管式流体换热器间循环。如热管式 换热器换热器 2.按传热方式按传热方式 （作用原理）（作用原理） 53.按材料分按材料分 金属材料换热器金属材料换热器非金属材料换热器：石墨，玻璃，陶瓷，聚四氟乙烯非金属材料换热器：石墨，玻璃，陶瓷，聚四氟乙烯 4.间壁式换热器分类间壁式换热器分类 （按传热面形式）（按传热面形式） 蛇管式:图6-3,6-4套管式:图6-5管式管壳式:图6-6缠绕管式:图6-7螺旋板式:图6-8板式:图6-9板式板翅式:图6-10板壳式:图6-11扩展表面式:见书277页6热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体图图6-1 6-1 直接接触

6、式换热器直接接触式换热器优点优点 传热效率高、单传热效率高、单位容积传热面积大、位容积传热面积大、设备结构简单、价格设备结构简单、价格便宜等。便宜等。但仅适用于工艺但仅适用于工艺上允许两种流体上允许两种流体混合的场合混合的场合过程设备设计过程设备设计冷流体冷流体7热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体载热体载热体优点优点结构紧凑、价格结构紧凑、价格便宜、单位体积便宜、单位体积传热面大，适用传热面大，适用于气于气气热交换。气热交换。如回转式空气预如回转式空气预热器。热器。局限局限若两种流体不允若两种流体不允许混合，不能采许混合，不能采用蓄热式换热器用蓄热式换热器8图7.3 沉浸式蛇管图

7、图6-3 6-3 沉浸式蛇管沉浸式蛇管9水水1 12 23 34 4图图6-4 6-4 喷淋式冷却器喷淋式冷却器 1-1-直管；直管；2-U2-U形管；形管；3-3-水槽；水槽；4-4-齿齿过程设备设计过程设备设计10型肘管 2内管 3外管U1图7.5 套管式换热器内管内管外管外管型肘管型肘管图图6-5 套管式换热器套管式换热器111-1-管子；管子；2-2-封头；封头；3-3-壳体；壳体；4-4-接管；接管；5-5-管板；管板；6-6-折流板折流板图图6-6 6-6 管壳式换热器管壳式换热器过程设备设计过程设备设计4-接管 5-管板 6-折流板1-管子 2-封头 3-壳体 图7.6 管壳式换

8、热器 123456123壳侧流体）多通道型 b）单通道型 aa)管侧流体 图7.7 缠绕管式换热器b)No.2管束流体No.1管束流体壳侧流体管侧流体管束流体No.2壳侧流体12管束流体No.1单通道形单通道形多通道形多通道形图图6-7 6-7 缠绕管式换热器缠绕管式换热器13图图6-8 6-8 螺旋板式换热器螺旋板式换热器过程设备设计过程设备设计(a)冷流体热流体冷流体热流体热流体冷流体热流体热流体热流体热流体热流体热流体冷流体冷流体冷流体冷流体冷流体冷流体14冷流体热流体冷流体热流体图图6-9 6-9 板式换热器流动示意图板式换热器流动示意图过程设备设计过程设备设计15隔板封条翅片图7.1

9、0 板翅式换热器板束结构a)c)逆流式b)a)d)错流式c)d) 错逆流式b)隔板隔板翅片翅片封条封条板翅降低热阻，板翅降低热阻，传热效率提高，传热效率提高，且起加强作用且起加强作用. .a. a. 板束结构板束结构b. b. 逆流式逆流式c. c. 错流式错流式d. d. 错逆流式错逆流式图图6-106-10 板翅式换热器板翅式换热器161-壳体 2-板束图7.11 板壳式换热器壳壳体体板束板束图图6-116-11 板壳式换热器板壳式换热器过程设备设计过程设备设计17四、换热器选型：四、换热器选型： 根据根据 工艺条件工艺条件: 流体性质，流体性质，p，t，p ;清洗，维修要求清洗，维修要求

10、; 材料价格，制造成本，动力消耗材料价格，制造成本，动力消耗;使用寿命使用寿命 选型选型 五、换热器设计内容：五、换热器设计内容： 1. 轮廓尺寸的设计与计算轮廓尺寸的设计与计算(工艺设计工艺设计)(1)按流体种类按流体种类, 流量进出的浓度流量进出的浓度, 操作压力等计算换热器操作压力等计算换热器 所需传热量所需传热量Q;(2)由流体特性选择适宜的材料；并根据材料加工性能，由流体特性选择适宜的材料；并根据材料加工性能， 流体流量，压力，流体流量，压力，Q，拆修清洗方便程度及经济合理，拆修清洗方便程度及经济合理 等因素合理选择换热器类型。等因素合理选择换热器类型。 18 提高传热效果提高传热效

11、果, 节省材料节省材料 不易结垢不易结垢, 便于清洗便于清洗, 降低降低t 减少热损失减少热损失, 便于流体进出便于流体进出 (3)从从 等角度等角度 决定并流流体在换热器中的流向 逆流错流管程流动空间壳程计算对数平均温差 t (4)根据实际生产经验选取根据实际生产经验选取K(或计算或计算K)算出所需传热面积算出所需传热面积F。19(6)根据这一轮廓尺寸根据这一轮廓尺寸反过来校核反过来校核K, 须与前假定须与前假定K大致相近；大致相近； 否则，再做某些调整，重新试算，直到前后否则，再做某些调整，重新试算，直到前后K符合为止。符合为止。(7)校核流体阻力校核流体阻力需在许可范围内需在许可范围内(

12、考虑经济效益考虑经济效益)。 (8)各接管尺寸计算。各接管尺寸计算。2. 部件设计与计算部件设计与计算强度尺寸强度尺寸只有在确定了换热器大致轮廓尺寸后只有在确定了换热器大致轮廓尺寸后,才能进行部件的设计与计算。才能进行部件的设计与计算。主要内容主要内容 壳体、封头、法兰、开孔、支座等壳体、封头、法兰、开孔、支座等已在前面讲过已在前面讲过 管板、膨胀节管板、膨胀节本章重点讲本章重点讲(5)根据算出的根据算出的F, 参照我国管式换热器标准系列参照我国管式换热器标准系列 换热器大致轮廓尺寸换热器大致轮廓尺寸 管径、壳径、管数管径、壳径、管数管程数、折流板间距等管程数、折流板间距等 初步确定需提出的是需提出的是: 轮廓尺寸和部件的设计计算，这两部分不是彼此轮廓尺寸和部件的设计计算，这两部分不是彼此 孤立的，常需反复调整，甚至更改结构型式重新孤