传热过程及设备操作技术-换热器

项目三传热过程及设备操作技术0204-2换热器的分类方法简介能力目标知识目标素质目标1.能掌握换热器的分类方法和分类依据2.掌握列管、套管及板式换热器结构与性能特点1.明确换热器分类方法2.掌握各种换热器的类型有哪些3.明确列管、套管和板式换热器结构与类型1.养成良好的操作规范，严谨的工作作风2.培养学生团队协作意识，注重检测操作中的安全意识1.明确的目标2.换热器的分类的依据A（1）按用途分类B（2）按换热面形状和结构分类C（3）按制造材料分类1加热器用于把流体加热到所需的温度，被加热流体在加热过程中不发生相变2预热器用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率，实质是特殊目的的加热器3过热器

用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态（温度高于饱和温度）4蒸发器

用于加热液体，使之蒸发气化5再沸器

用于加热已冷凝的液体，使之部分汽化，是蒸馏过程的专用设备6冷却器用于冷却流体，使其温度降到所需的温度3.换热器的分类（1）按用途分类7冷凝器

用于冷凝饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化8冷凝冷却器用于将蒸气冷凝并冷却到指定的温度。A管式换热器

换热面为管子壁面，按传热管的结构不同，可分为列管式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器和翅片管式换热器等几种。管式换热器应用最广B板式换热器

换热面为板状，按传热板的结构形式，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和热板式换热器等几种C特殊形式换热器这类换热器是指根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式换热器、热管换热器、同流式换热器等3.换热器的分类（2）按换热面形状和结构分类AB非金属材料换热器

常用非金属材料有石墨、玻璃、塑料以及陶瓷等。该类换热器主要用于具有腐蚀性的物料的换热。由于非金属材料的导热系数较小，所以其传热速率较低金属材料换热器常用金属材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。由于金属材料的导热系数较大，故该类换热器的传热速率大，效率高，在生产中广泛使用3.换热器的分类（3）按制造材料分类4.列管换热器的分类固定管板式换热器1浮头式换热器2U型管式换热器3填料函式换热器

4釜式换热器54.列管换热器的分类（1）固定管板式换热器此种换热器的结构特点是两块管板分别焊壳体的两端，管束两端固定在两管板上。

优点是结构简单、紧凑，管内便于清洗。A缺点是壳程不能进行机械清洗，且当壳体与换热管的温差较大（大于50℃）时，产生的温差应力（又叫热应力）具有破坏性，需在壳体上设置膨胀节，受膨胀节强度限制壳程压力不能太高。B固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。4.列管换热器的分类（2）浮头式换热器其结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可以在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从管内抽出，便于管内和管间的清洗。A缺点是结构复杂，用材量大，造价高B浮头式换热器适用于壳体与管束温差较大或壳程流体容易结垢的场合4.列管换热器的分类（3）U型管式换热器结构特点是只有一个管板，管子成U形，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与管子有温差时，不会产生温差应力。优点是结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；管间清洗较方便A缺点是管内清洗较困难；可排管子数目较少；管束最内层管间距大，壳程易短路BU型管式换热器适用于管、壳程温差较大或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢的场合。4.列管换热器的分类（4）填料函式换热器其结构特点是管板只有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生温差应力优点是结构较浮头式换热器简单，造价低；管束可以从壳体内抽出，管、壳程均能进行清洗。A缺点是填料函耐压不高，一般小于4.0MPa；壳程介质可能通过填料函外漏B填料函式换热器适用于管、壳程温差较大或介质易结垢需要经常清洗且壳程压力不高的场合。4.列管换热器的分类（5）釜式换热器其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定管板式、浮头式或U型管式。优点釜式换热器清洗方便，并能承受高温、高压A它适用于液－汽（气）式换热（其中液体沸腾汽化），可作为简单的废热锅炉和再沸器。5.套管换热器套管换热器由两根同心圆管构成，根据面积大小，可将若干套管连接在一起，其每一段套管称为一程。

5.套管换热器优点是结构简单、能耐高压、传热面积可根据需要增减，并可实现严格逆流A缺点是单位传热面积的金属耗量大、管子接头多、检修清洗不方便。B此类换热器适用于高温、高压及流量较小的场合。6.板式换热器由若干块长方形薄金属板叠加排列，夹紧组装于支架上构成。两相邻板的边缘衬有垫片，压紧后板间形成流体通道。每块板的四个角上各开一个孔，借助于垫片的配合，使两个对角方向的孔与板面一侧的流道相通，另两个孔则与板面另一侧的流道相通，这样，使两流体分别在同一块板的两侧流过，通过板面进行换热。除了两端的两个板面外，每一块板面都是传热面，可根据所需传热面积的变化，增减板的数量。板片是板式换热器的核心部件。7.套管换热器为使流体均匀流动，增大传热面积，促使流体湍动，常将板面冲压成各种凹凸的波纹状，常见的波纹形状有水平波纹、人字型波纹和圆弧形波纹等（一）作业

2.完成蓝墨班课任务3、课下练习，熟悉1.完成课后习题8.课后任务（二）蓝墨云平台评价2.小组内协作创新方面3.小组间成果相互评价1.教师总体评价项目三传热过程及设备操作技术0204-6列管换热器的系列标准能力目标知识目标素质目标1.能掌握列管换热器的系列标准2.掌握换热器设计时应考虑的问题，并在设计时谨慎考虑1.明确列管换热器的基本参数2.列管换热器型号表示方法3.换热器设计时应考虑的问题和设计流程1.养成良好的操作规范，严谨的工作作风2.培养学生团队协作意识，注重检测操作中的安全意识1.明确的目标2.列管换热器的基本参数01公称换热面积SN02公称直径DN03公称压力PN04换热管规格05换热管长度L06管子数量n07管程数Np3.列管换热器的型号表示方法1——换热器代号，如G表示固定管板式，F表示浮头式等；2——公称直径DN，mm；3——管程数Np，常见有Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅵ程；4——公称压力PN，MPa；5——公称换热面积SN，m2。列管换热器的型号由五部分组成，即4.换热器设计时应考虑的问题01流径的选择02流速的选择03冷却剂（或加热剂）终温的选择04管子的规格与管间距的选择05管程数与壳程数的确定06折流挡板的选用07外壳直径的确定08流体通过换热器的流动阻力（压强降）的计算4.换热器设计时应考虑的问题（1）流径的选择B腐蚀性流体走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管子便于维修和更换D被冷却的流体走壳程，便于散热，增强冷却效果F有毒流体走管程，以减少泄漏量A不洁净或易结垢的流体走管程，因为管程清洗较方便C压力高的流体走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量E饱和蒸汽走壳程，便于及时排除冷凝水，且蒸汽较洁净，一般不需清洗G黏度大的液体或流量小的流体走壳程，H若两流体温差较大，对流传热系数较大的流体走壳程，4.换热器设计时应考虑的问题（2）流速的选择流速的选择，既要考虑传热速率，又要考虑经济性，还要考虑结构、操作、清洗等其它方面的要求，通常根据经验选取适宜流速。由于湍流比层流传热效果好，所以尽可能不选择层流换热。表列举了换热器内常用流速范围，供设计时参考。

列管换热器中常用的流速范围流体的种类一般流体易结垢液体气体流速/(m/s)管程0.5~3>15～30壳程0.2~1.5>0.53～154.换热器设计时应考虑的问题（3）冷却剂（或加热剂）终温的选择缺水地区可选用较大温差，水源丰富地区可取较小温差。若使用软水冷却，则可以取更高的温度差。若用加热剂加热冷流体，可按同样的原则确定加热剂的出口温度。通常，待加热或冷却的流体的进出换热器的温度由工艺条件决定，加热剂或冷却剂一旦选定，其进口温度也是确定的，而出口温度则由设计者确定。4.换热器设计时应考虑的问题⑷管子的规格与管间距的选择管子的规格包括管径和管长。列管换热器标准系列中只采用

25×2.5mm（或25×2mm）、

19×2mm两种规格的管子。对于洁净的流体，可选择小管径，对于不洁净或易结垢的流体，可选择大管径。管长的选择是以清洗方便及合理用材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。管间距是指相邻两根管子的中心距，用a表示。管间距小，有利于提高传热系数，且设备紧凑。但受制造上的限制，一般要求相邻两管外壁的距离不小于6mm。对于不同的管子和管板的连接方法，管间距不同，4.换热器设计时应考虑的问题⑸管程数与壳程数的确定当换热器的换热面积较大而管子又不能很长时，就得排列较多的管子，为了提高流体在管内的流速，需要将管束分程。但是程数过多，会使管程流动阻力加大，动力消耗增加，同时多程会使平均温度差下降，设计时应权衡考虑。列管换热器标准系列中管程数有1、2、4、6四种。采用多程时，通常应使各程的管子数相等管程数Np可按下式计算，即：

式中

u——管程内流体的适宜流速，m/s；

u

——单管程时流体的实际流速，m/s。

4.换热器设计时应考虑的问题⑹折流挡板的选用常用折流挡板形式有弓形（或称园缺形）、盘环形等，其中以弓形挡板应用最多。挡板的形状和间距对流体的流动和传热有着重要影响。弓形挡板的弓形缺口过大或过小都不利于传热，往往还会增加流动阻力。通常切去的弓形高度为壳体内径的10％～40％，常用的为20％和25％两种。挡板应按等间距布置，其最小间距应不小于壳体内径的1/5，且不小于50mm；最大间距应不大于壳体内径。4.换热器设计时应考虑的问题⑺外壳直径的确定对于非标准系列的换热器的设计，需要设计者确定壳体的直径。读者可参阅有关专业书籍a确定基本数据需要确定或查取的基本数据包括两流体的流量、进出口温度、定性温度下的有关物性、操作压强等b确定流体在换热器内的流动途径c确定并计算热负荷d先按单壳程偶数管程计算平均温度差，根据温度差校正系数不小于0.8的原则，确定壳程数或调整冷却剂（或加热剂）的出口温度。e根据两流体的温度差和设计要求，确定换热器的形式f选取总传热系数，根据传热基本方程初算传热面积，以此选定换热器的型号或确定换热器的基本尺寸，并确定其实际换热面积Sp，计算在Sp下所需的的传热系数Kp5.选型（设计）的一般步骤f计算压降根据初定设备的情况，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若压降不符合要求，则需要重新调整管程数和折流板间距，或选择其它型号的换热器，直至压降满足要求。g核算总传热系数计算管、壳程的对流传热系数，确定污垢热阻，再计算总传热系数K，由传热基本方程求出所需传热面积S，再与换热器的实际换热面积Sp比较，若Sp/S在1.1～1.25之间（也可用K/Kp），则认为合理，否则需另选K，重复上述计算步骤，直至符合要求。5.选型（设计）的一般步骤（一）作业

2.完成蓝墨班课任务3、课下练习，熟悉1.完成课后习题6.课后任务（二）蓝墨云平台评价2.小组内协作创新方面3.小组间成果相互评价1.教师总体评价项目三传热过程及设备操作技术0204-1换热器的维护与保养能力目标知识目标素质目标1.能掌握换热器的维护与保养1.明确换热器如何进行维护与保养步骤

1.养成良好的操作规范，严谨的工作作风2.培养学生团队协作意识，注重检测操作中的安全意识1.明确的目标列管换热器的维护和保养012.换热器的维护与保养A保持设备外部整洁、保温层和油漆完好B保持压力表、温度计、安全阀和液位计等仪表和附件的齐全、灵敏和准确C发现阀门和法兰连接处渗漏时，应及时处理D开停换热器时，不要将阀门启闭不可太快，否则容易造成管子和壳体受到冲击，以及局部骤然胀缩，产生热应力，使局部焊缝开裂或管子连接口松弛。

列管换热器的维护和保养012.换热器的维护与保养E尽可能减少换热器的开停次数，停止使用时，应将换热器内的液体清洗放净，防止冻裂和腐蚀。F定期测量换热器的壳体厚度，一般两年一次G出现故障及时处理