换热设备(3).ppt

1、第三节 其它类型的间壁式换热设备,又称表面式换热器 利用间壁（固体壁面）进行热交换。 冷热两种流体隔开，互不接触，热量 由热流体通过间壁传递给冷流体。,应用最为广泛，形式多种多样， 如管壳式换热器、板式换热器等,一、间壁式换热器的主要类型 间壁式换热器可分为管式换热器和板面式换热器两大类。,1管式换热器 管式换热器是以管子作为传热元件的传热设备。常用的管式换热器有套管式、蛇管式、螺旋管式和管壳式。,(1)套管式换热器,套管式换热器由两根不同直径、同心组装的直管和连接内管的U形弯管所组成,进行换热的两种流体分别进入内管和内、外管的环形通道进行换热(通常采用逆流方式)。当需要较大传热面积时，可将几

2、段套管串联排列。,套管式换热器,优点：传热效果好，结构简单，制造容易，管内不易堵塞，且便于拆卸和清洗。 缺点：单位传热面积的金属消耗量大，阻力降大，管子接头多，易漏。 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。,结构形式,管束和水箱两大部分组成。管束沉浸在盛有流动冷水的水箱内，当热流流经管束时，热量被管外流动的冷水带走而使温度降低。,优点,在短期停电断水时，仍能工作一段

3、时间。且结构简单，造价低，制造、安装、清洗和检修方便,缺点,单位传热面积的金属消耗量大，占用空间大，管外易结垢，传热系数低，并易对空气和水造成污染,水浸式冷却器（箱式冷却器）,水浸式冷凝冷却器,喷淋式冷却器是将蛇管成排固定在钢架上，被冷却介的流体在管内流动，冷却水直接喷淋在管外表面上，水在管壁上形成薄膜易蒸发且水的汽化潜热较大，冷却效果好。,喷淋式冷却器,优点：传热效率高，水的用量少，检修和清洗也方便。 缺点：体积较大，紧凑性差，管壁长期受风吹雨淋，易腐蚀。,喷淋式冷却器,(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成的。 优点：结构紧凑、传热面比直管大，

4、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。,(4)管壳式换热器（列管式换热器） 管壳式换热器是由圆柱形壳体和安装在壳体内的许多管子组成的管束构成的。管壳式换热器是间壁式换热设备中应用最多的一种结构形式。,(3) 管壳式换热器,坚固、易于制造、成本低、选材方便； 可靠、处理能力大，适应范围广； 传热效率、金属耗量和结构紧凑性等一般； 应用非常广泛，耐高压、高温,管壳式换热器,列管式换热器,2板面式换热器,板面式换热器的传热元件是板面，由于结构上的特点，使流体在较低的流速下能达到湍流状态，从而强化了传热作用。其传热性能优于管式换热器。 常用的结构形式有板式换热器、螺旋板

5、换热器、板翅式换热器、板壳式换热器等。,(1) 板式换热器 板式换热器由固定端板、活动端板、传热板片、密封垫片、压紧和定位装置等构成。 板式换热器的板面通常做成波形以增加刚度和流体湍流程度，在板片的四周粘贴垫片，垫片的作用：一是为了密封；二是隔出两板片之间的流体通道。 优点：板式换热器结构紧凑，传热效率高，便于组装和拆卸，清洗、除垢方便； 缺点：流道狭窄，处理量小，密封圈也长，流动阻力大，承压能力差，适应温差和压力都不大的场合。,由传热板片、密封垫片和压紧装置组成。,板式换热器板片,板式换热器工作原理示意图,板式换热器是以波纹板作为换热元件，其传热系数比管壳式换热器高24倍，结构紧凑、体积小、

6、重量轻、节省材料、操作灵活性大，适用范围广。一般使用压力在1.6MPa以下，使用温度不超过150，可用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。,(2)螺旋板式换热器 螺旋板换热器由螺旋板、顶盖、接管口等组成。螺旋板由两张卷制成螺旋状的金属板制成。 优点：螺旋板式换热器结构紧凑(单位体积内传热面积是管壳式换热器的23倍)，传热效率高(可达管壳式换热器的2倍)有自冲刷作用，不易结垢； 缺点：不能承受高压，适用于粘性流体或含有固体颗粒的悬浮液的换热。,螺旋板式换热器：,冷入,冷出,热入,热出,螺旋板换热器工作原理示意图,(3)板翅式换热器 板翅式换热器由隔板、翅片、封条等组成。它是在两块平行金属隔板之间放置

7、波纹状的金属导热翅片，并在其两侧边缘以封条密封而组成单元体，对各单元体进行不同的组合和适当的排列，并用钎焊焊牢，组成板束，把若干板束按需要组装，便构成不同的流型，冷、热两种流体分别流过间隔排列的冷流层和热流层进行热量传递。,优点：传热效率很高(为管壳式换热器的310倍)，单位体积内传热面积大，适应性广； 缺点：制造难度大，清洗与检修困难。板翅片换热器可用于冷凝和蒸发，特别适应低温和超低温操作。,(4)板壳式换热器 板壳式换热器由壳体和板束组成。壳体形状随板束形状而异，多数是圆筒形，结构与管壳式壳体相似。板束是由若干长度不等的基本元件组成。每一元件由两块节距相等的冷轧成型的金属板条，组合并焊接而

8、成。基本元件的横截面呈现扁平状流道，,板壳式换热器结构紧凑，容易清洗，压力降小，传热效率高，但制造工艺较复杂，焊接技术要求高。板壳式换热器常用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。,3、空气冷却器： 空气冷却器简称空冷器，是炼油生产中水冷设备的替代产品。具有传热效率高、建造及操作费用低，节约工业用水等特点，在缺水地区其优越性更为明显。,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。,湿式空冷器,空冷器虽有很多优点，但其冷却能力受大气温度影响很大，被冷却介质的出口温度一般高于大气温度15-20，出

9、口温度70 以下的场合，仍需进一步采用水冷却。 将空冷器结构稍加改造，在翅片表面喷洒少量的水，水蒸气可起到强化传热的作用，从而提高传热效率，这种空冷器称为湿式空冷器。,特点： 传热系数高、冷却能力强、冷后温度低，普遍用于70-80油品的冷却，冷却后温度基本接近环境温度，大大扩大了空冷器的使用范围。,湿式空冷器按其工作情况可分为增湿型、喷淋型、及联合型三种。,喷淋型的作用原理是喷水蒸发冷却，将雾状水直接喷到翅片表面，水在翅片表面蒸发; 增湿型是在空气入口处喷水(水不喷在翅片上)，使水在增湿室中蒸发; 联合型是二者兼而有之。 喷淋型集中了蒸发冷却和空气冷却的优点，不论从强化传热或对环境温度的适应性

10、上都较增湿型优越，但水在翅片上蒸发有可能引起结垢，所以通常将管内介质温度限制在80以内。,特殊结构，为满足特殊需要设计,(1) 石墨换热器,耐腐蚀性非常好，适于除强氧化酸以外的各种强腐蚀性介质； 导热性好使换热效率高，线膨胀系数小使结构设计容易； 抗压不抗拉，脆性大，结构设计时应充分利用该特点； 热传导具有各向异性，结构设计时应充分利用该特点； 主要结构形式有管壳式和块式。,4、其它型式换热器,耐腐蚀，适于强腐蚀介质； 韧性好，能制成小口径薄壁软管，使结构紧凑、灵活； 强度和导热性较差，适于t150、p1.5MPa的介质； 主要结构形式有管壳式和沉浸式。,(2) 聚四氟乙烯换热器,蒸发段从热流体吸热，使热管式载热液体蒸发而体积膨胀，并向冷凝段流动。热管在冷凝段将热量传给冷流体，并将蒸气冷凝成液体。冷凝液体穿过毛细孔管又流回蒸发段，如此循环换热。,（3）热管换热器,热管：密闭真空的金属管子内镶套用特殊材料制成的毛细孔管子，管子内充有载热液态介质。,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。,结构简单、重量轻、经济耐用； 在极小的温差下，具有较高的传热能力； 适于温度范围很大：200-2000，特别适于工业尾气余热回收； 冷、热流体阻力小，运行可靠，传热效率高，可达90%。,具体方法 、改变流