化工设备机械基础：7-2 换热器

1、1.套管式换热器:直径不同的管子连成同心套管。第四节 其它形式换热器简介管程：流体走管内；壳程：流体走两管之间的环隙套管式换热器套管式换热器的特点：优点：结构简单，拆装方便，灵活性大 管径可大可小，程数可增可减。缺点：接头多,弯管连接处易漏，金属用量大。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。2 蛇管式换热器 蛇管式换热器由弯曲成蛇形的管子组成。蛇管的弯曲形状有折曲形、螺旋形、方形、盘形等形状。 蛇管的材料常有钢管、有色金属管、陶质管、石墨管等。蛇管式换热器有沉浸式和喷淋式两种结构。3 螺旋管式换热器 螺旋管式换热器是由一组或多组缠绕成螺旋状的管子置于壳体之中制

2、成的。优点：结构紧凑、传热面比直管大，温差应力小；缺点：管内的清洗较困难，可用于较高粘度的流体加热或冷却。板式换热器是由一组波纹金属板组成,板上有孔,供传热的两种流体通过.金属板片安装在一个侧面有固定板和活动压紧板的框架内,并用夹紧螺栓夹紧.板式换热器作为一种新型、高效、节能的换热设备已越来越在众多领域广泛应用,并且有逐步取代其它类型之趋势. 4板式换热器板式换热器 单流程双流程（1）、板式换热器的优点 传热系数高：板式换热器具有较高的传热系数，一般约为管壳式换热器的2-5倍。主要原因是流体在管壳式换热器的壳程中流动时存在着折流板-壳体、折流板-换热管、管束-壳体之间的旁路，通过这些旁路的流体

3、，没有充分参与换热。而板式换热器，不存在旁路，而且板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，湍流效果明显，(雷诺数约为200即为湍流)，故能获得较高的传热系数。 末端温差小：板式换热器两种流体可实现纯逆流。在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动，总体上是错流的流动方式，降低了对数平均温差。板式换热器由于可实现温度交叉，末端温差可达到1 ；管壳式换热器不能实现温度交叉(即二次侧出口温度不能高于一次侧的出口温度)，末端温差只能达到5。 污垢系数低板式换热器内的流体由于剧烈湍动造成对板面的冲刷，同时不锈钢换热面光滑，杂质不易沉积；因此，板式换热器的污垢系数远低于管壳式换热器。板式换热器的污

4、垢系数约为管壳式换热器的1/10。压降低：板式换热器板片相互叠放，不存在传统管式换热器管间距的限制，因此板式空冷器具有较大的流通面积，一般情况下，在相同换热面积时板式换热器流通面积比管式换热器大5倍，而且板的表面光滑，因而可降低压力损失。结构紧凑：由于板式空冷器单板换热面积大，同时就紧凑度指标而言，板式换热器紧凑度约为220m2/m3，远大于列管式换热器的78m2/m3。在换热量相同时，板式换热器所需的换热面积比管壳式换热器小，其重量约为管壳式的1/5。板式换热器的占地面积是管壳式换热器的1/51/10。 容易实现大型化：单板面积最大可达21m2，单台板式换热器的面积可达10000m2。 (2

5、)板式换热器的缺点承压能力相对较低：焊接板式换热器是一种新产品，结构还未定型，受压元件的计算仍在探讨之中。目前还没有成熟的设计标准。按目前的制造水平板式换热器的最高工作压力约为4（2.5）MPa。 不宜用于易堵塞通道的介质：板式换热器的板间通道较窄，一般为38mm，当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质时，就容易堵塞板间通道。对这种换热场合采用焊接板式换热器是不适宜的。5 螺旋板换热器：1）传热效率高传热效率为列管式换热器的13倍2）不易结垢和堵塞：由于流体的速度较高，又有惯性离心力的作用，流体中悬浮的颗粒被抛向螺旋形通道的外缘而受到流体本身的冲刷，故螺旋板换热器不易结垢和堵塞，适合处理悬浮

6、液及粘度较大的介质。 3）能利用温度较低的热源：由于流体流动的流道较长和两流体可进行完全逆流，故可在较小的温差下操作，能充分利用温度较低的热源。 4）结构紧凑：单位体积的传热面积为列管式的3倍，可节约金属材料。 螺旋板式换热器冷入冷出热入热出冷入冷出热入热出螺旋板换热器的主要缺点是：（1）操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过2Mpa，温度不超过300400。（2）不易检修：因整个换热器被焊成一体，一旦损坏，修理很困难。6 余热锅炉1、满足工艺生产的需要。2、节约能源，提高能源利用率。3、减少环境污染。余热锅炉的特点1、介质多种多样，工作条件各不相同。2、应特别考虑防腐、防尘、磨损等问

7、题。4、工作条件苛刻，结构、材料等方面要求高。3、热负荷波动会影响余热锅炉的操作稳定性。5、余热锅炉工作情况的变化会影响到生产操作的稳定性。余热锅炉的结构形式管壳式余热锅炉烟道式余热锅炉列管式盘管式釜式10.2MPa汽水混合物高温转化气主线副线年产30万吨合成氨厂转化气第二余热锅炉高温水煤气气化炉汽水混合物加冷却水烟道式锅炉7 热管换热器热管换热器工作原理示意图 热管是一种新型高效的传热元件，具有其他换热器不能比拟的优点。石油化工厂，常用作加热炉的空气预热器。传热强化技术传热方程式Q=KFT换热器的传热强化如欲强化现有传热设备，开发新型高效的传热设备，以便在较小的设备上获得更大的生产能力和效益

8、，成为现代工业发展的一个重要问题。依总传热速率方程： 强化方法：提高 K、A、 均可强化传热。提高传热系数K 热阻主要集中于 较小的一侧，提高 小的一侧有效。 降低污垢热阻 提高表面传热系数 提高 的方法： 无相变化传热：1）加大流速；2）人工粗糙表面； 3）扰流元件。 有相变化传热：蒸气冷凝 ：1）滴状冷凝， 2）不凝气体排放，3）气液流向一致 ， 4）合理布置冷凝面， 5）利用表面张力 （沟槽 ，金属丝）液体沸腾： 1）保持核状沸腾，2） 制造人工表面，增加汽化核心数。 提高传热推动力 加热蒸汽P ， 改变传热面积A 关于传热面积A的改变，不以增加换热器台数，改变换热器的尺寸来加大传热面积A，而是通过对传热面的改造，如开槽及加翅片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积以强化传热过程。1、增大传热面积强化传热的途径新型换热器小直径管翅片结构2、加大平均温差逆流换热3、提高传热系数选用导热系数大的材料扩展表面管程分程防止结垢并及时除垢有功传热强化无功传热强化螺旋槽管槽管传热强化举例翅片螺旋翅片管翅片结构不适用于：高表面张力的液体冷凝含有大量固体颗粒的流体易结垢的流体例.空气冷却器：翅片管结构示意图：翅片的作用：风机：提高空气流速。优点：省水。缺点：设备庞大，消耗动力。空气冷却器的特点：增加传热面积及管外流体的湍动程度。壳程强化传热采用折流杆代替折流板采用新