【化工单元操作】项目3-传热-任务3-认识换热器

任务三认识换热器《化工单元操作》项目三

传热目录CONTENTS任务导入任务描述任务目标相关知识任务实施任务评价知识拓展化工生产中，是如何实现传热的呢？以蒸汽为载热体，在列管式换热器中，加热生产介质（空气）。ABC1.了解了解换热器的用途及类型；2.掌握列管式换热器、沉浸式蛇管换热器、夹套式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、管壳式换热器等换热器的结构特点；3.熟悉各种换热器的优缺点；1.培养学生的动手操作能力和观察分析能力；2.增强学生对本专业的职业认同感和自豪感。1.能正确的区分各种类型的换热器；2.能够准确进行列管式换热器的传热操作开、停车；知识目标技能目标素质目标一、换热器换热器：主要是应用在化工，石油，食品等行业，作为加热器，冷却器，蒸发器等得使用的设备。换热器的分类间壁式换热器蓄热式换热器混合式换热器应用最广一、换热器间壁式换热器的类型也有很多。常见的间壁式换热器夹套式换热器板式换热器沉浸式蛇管换热器套管式换热器管壳式换热器二、间壁式换热器1、沉浸式蛇管换热器将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中。优点：结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；缺点：容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。1、沉浸式蛇管换热器二、间壁式换热器2、夹套式换热器二、间壁式换热器在容器外壁安装夹套制成，结构简单；加热面受容器壁面限制，传热系数不高。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数。为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管.。广泛用于反应过程的加热和冷却。2、夹套式换热器二、间壁式换热器3、喷淋式换热器二、间壁式换热器将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多。大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用。和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。3、喷淋式换热器二、间壁式换热器4、套管式换热器二、间壁式换热器由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大。在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用方便(可根据需要增减管段数目)。同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程中所用的换热器几乎全部是套管式。

如：操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程。4、套管式换热器二、间壁式换热器二、间壁式换热器5、管壳式换热器管壳式换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。主要优点是：单位体积具有的传热面积较大以及传热效果较好；此外，结构简单，制造的材料范围较广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用管壳式换热器。5、管壳式换热器管壳式换热器中，由于两流体的温度不同．管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温度差较大(50℃以上)时，就可能由于热应力而引起设备变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有下面几种形式：

固定管板式换热器、U形管换热器、浮头式换热器二、间壁式换热器（1）固定管板式单程管壳式换热器即为固定管板式换热器。两端管板和壳体连接成一体。优点：结构简单、造价低廉。缺点：壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。二、间壁式换热器（1）固定管板式换热器具有补偿圈的固定扳式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形，以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体温度差太大(不大于70℃)和壳方流体压强过高(一般不高于600kPa)的场合。二、间壁式换热器（2）U形管换热器二、间壁式换热器管子弯成U形，管子的两端固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸缩，而与其他管子及壳体无关。优点：结构较简单，重量轻，适用于高温和高压的场合。缺点：管内清洗比较困难，因此管内流体必须洁净；且因管子需一定的弯曲半径，故管板的利用率较差。（3）浮头式换热器二、间壁式换热器两端管板之一不与外壳固定连接，该端称为浮头。当管子受热(或受冷)时，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。优点：可以补偿热膨胀；

管板是以法兰与壳体连接，管束可从壳体中抽出；

便于清洗和检修，故浮头式换热器应用较为普遍。缺点：结构较复杂，金属耗量较多，造价也较高。（3）浮头式换热器二、间壁式换热器6、板式换热器1-固定压紧板2-连接口3-垫片4-板片5-活动压紧板6-下导杆7-上导杆8-压紧螺栓9-支柱主要由一组长方形的薄金属板平行排列、夹紧组装于支架上而构成。二、间壁式换热器6、板式换热器优点：结构紧凑，单位体积设备所提供的传热面积大；

总传热系数高；

可根据需要增减板数以调节传热面积；

检修和清洗都较方便。缺点：处理量不太大；

操作压强较低，一般低于1500kPa，最高不超过2000kPa；

受垫片耐热性能的限制，操作温度不能过高，一般对合成橡胶垫圈不超过130℃，压缩石棉垫圈低于250℃。二、间壁式换热器7、螺旋板式换热器由两块薄金属板焊接在一块分隔挡板上并卷成螺旋形而成的。两块薄金属板在器内形成两条螺旋形通道，在顶、底部上分别焊有盖板或封头。进行换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。二、间壁式换热器7、螺旋板式换热器优点：总传热系数高。

不易堵塞。

能利用低温热源和精密控制温度。

结构紧凑。单位体积的传热面积为管壳式换热器的3倍。缺点：操作压强和温度不宜太高，最高2000kPa，小于400℃。

不易检修。

整个换热器为卷制而成，一旦发生泄漏，修理内部很困难。二、间壁式换热器8、翅片式换热器（1）翅片管换热器翅片的种类很多，按翅片的高度不同，可分为高翅片和低翅片两种，低翅片一般为螺纹管。高翅片适用于管内、外对流传热系数相差较大的场合，现已广泛地应用于空气冷却器上。低翅片适用于两流体的对流传热系数相差不太大的场合，如对黏度较大液体的加热或冷却等。二、间壁式换热器8、翅片式换热器（1）翅片管换热器常见的翅片形式二、间壁式换热器8、翅片式换热器（2）板翅式换热器通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心，配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。二、间壁式换热器8、翅片式换热器（2）板翅式换热器主要优点：总传热系数高，传热效果好。结构紧凑。传热面积一般能达到2500m2，最高可达4300m2；轻巧牢固。因结构紧凑，一般用铝合金制造，故重量轻；适应性强，操作范围广，适用于低温和低温的场合，可用于蒸发或冷凝；操作方式可以是逆流、并流、错流或错逆流同时并进等；可用于多种不同介质在同一设备内进行换热。二、间壁式换热器8、翅片式换热器（2）板翅式换热器主要缺点：由于设备流道很小，故易堵塞，而且增大了压强降；换热器一旦结垢，清洗和检修很困难，所以处理的物料应较洁净或预先进行净制。由于隔板和翅片都由薄铝片制成，故要求介质对铝不发生腐蚀。二、间壁式换热器9、热管换热器以热管为基本传热单元，是一种新型的高效换热器，它是由热管束、壳体和隔板构成，冷、热流体被隔板隔开。热管是一种真空容器，基本部件为壳体容器、吸液芯和工作液，常用的工作液有水、氨、乙醇、丙酮、液态钠和锂等。二、间壁式换热器9、热管换热器当热源对热管一端供热时，工作液自热源吸收热量而蒸发汽化，蒸气在压差作用下高速流动至热管的另一端，并向冷源放出潜热后凝结，冷凝液回至热端并被再次沸腾汽化。如此反复循环，热量不断地从热端传递至冷端。通过沸腾汽化、蒸气流动和蒸气冷凝三步进行。由于沸腾及冷凝的对流传热系数很大，而蒸气流动阻力又较小，因此热管两端的温度差很小，它特别适用于低温差的传热。特点：结构简单、使用寿命长，工作可靠、应用范围广它可用于气—气、气—液和液—液间的换热过程。二、间壁式换热器1.开车前的准备（1）了解列管式换热器传热的基本原理。（2）熟悉空气-水蒸汽传热实训工艺流程、实训装置及主要设备。（3）检查公用工程（水蒸汽、电）是否处于正常供应状态。（4）检查流程中各阀门是否处于正常开车状态。（5）设备上电，检查各仪表状态是否正常，动设备试车。（6）了解本实训所用蒸汽、空气和压缩空气的来源。（7）按照要求制定操作方案。传热装置的开停车操作2.正常开车空气：本实训所用空气由旋涡气泵P101提供。（1）启动仪表柜总电源。（2）启动旋涡气泵P101，空气由旋涡气泵吹出，空气压力由压力表PI03显示，空气由支路控制阀进入换热器。蒸汽：本实训所用蒸汽由蒸汽发生器供给，最高蒸汽压力为0.4MPa。（3）缓慢打开蒸汽分配器上的蒸汽总管进汽阀门VA109，使水蒸汽进入蒸汽分配器R101。（4）蒸汽通过支路控制阀进入换热器E101/E102/E103。传热装置的开停车操作3.正常操作（1）经常检查空气的流量是否在正常范围内。（2）经常检查水蒸汽和空气的压力变化，尤其是水蒸汽的压力变化，避免出现因压力变化而造成的温度变化，还应避免水蒸汽压力过高造成的危险。（3）经常检查或定期测定水蒸汽和空气进出口温度的变化，每5分钟记录一次数据。（4）在操作过程中，应定时排除不凝性气体和冷凝液。（5）定时检查换热器有无渗漏，有无振动现象，注意及时排除异常现象。（6）当换热过程稳定20分钟后，准备停车。传热装置的开停车操作4.正常停车（1）关闭蒸汽分配器上的蒸汽总管进汽阀门VA109。（2）待蒸汽分配器R101的放空口VA110没有蒸汽逸出后，关闭换热器蒸汽入口阀门VA112。（3）等空气出口温度降至40℃后，关旋涡气泵电源。（4）关闭换热器空气入口阀门VA103/VA105/VA107。（5）关闭换热器空气出口阀门VA104/VA106/VA108。（6）关闭总电源。5.检查停车后各设备、阀门、蒸汽分配器的状态。传热装置的开停车操作目标评价要素评价标准评价依据考核方式得分权重自评20%互评20%师评60%知识基本知识1.掌握的知识点；2.完成书面作业3.分析和解决问题1.个人作业2.课堂笔记3.课堂练习4.项目测试

35%能力基本技能1.了解离心泵的结构及工作原理2.能正确使用调节离心泵；3.能正确的进行流体输送操作；1.课堂练习2.技能测试3.实验/实训报告

50%情感与素质学习态度1.出勤情况2.遵章守纪3.主动学习4.完成作业5.独立探究问题1.考勤表2.学生及教师观察3.课堂笔记4.课前准备5.个人或小组作业

5%沟通协作管理1.信息搜集与加工2.分工协作3.观点表达4.理解沟通1.乐于请教和帮助同学2.小组活动协调和谐3.协作教师教学管理4.学生及教师观察

5%创新精神1.创新思维2.创新技能1.自主学习计划2.个人口头或书面提议3.协作完成创新作品

5%总计

传热过程的强化在工程上换热器中传热过程的强化就是要有效地提高总的传热速率。主要有三种方法：提高总的传热系数；提高传热面积；提高平均传热温差；传热过程的强化在传热器的研究过程中，研究人员主要考虑采用什么样的传热面形