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文檔簡介
1、換熱 器關(guān)鍵 術(shù) 語折流板- 在管殼式換熱器內(nèi)等間距排布增大湍流程度,減少熱點(diǎn)。管箱- 安裝在管殼式換熱器入口側(cè)用于冷凝器- 用于冷卻和冷凝熱蒸汽的一種傳導(dǎo)- 由分子震動引起的通過固體即無對流- 在流體中由流體流動引起的熱傳逆流- 指兩股流束沿著相反方向流動,錯流- 指兩股流束沿著彼此垂直的方向壓差-進(jìn)出口之間的壓力差;表示為A 溫差-進(jìn)出口之間的溫度差;表示為A 固定管板式換熱器-用于指管板與殼體浮頭- 指換熱器上介質(zhì)返回側(cè)管板不與殼體內(nèi)伸長(浮動)。污垢- 在如冷卻塔和換熱器等設(shè)備內(nèi)表釜式再沸器- 帶有蒸汽分離腔的管殼式分提供高溫,并維持熱平衡。層流- 近乎完整的流線型流動,液流層多管程換
2、熱器- 一種管程流體流過管束平行流 - 指兩股流束沿著相同的方向流側(cè)流;也稱為并流輻射熱傳遞- 熱量在熱源和接收者之間再沸器 - 用于加熱曾經(jīng)沸騰的液體直到顯熱- 通過溫度的改變能夠測量或感覺管殼式換熱器- 一種有一個圓筒殼環(huán)繞殼側(cè)- 指管殼式換熱器繞管外側(cè)的流道熱虹吸再沸器- 當(dāng)靜態(tài)的液體被加熱到板 - 管殼式換熱器管端通過滾脹、焊 平板。管側(cè)- 指通過管殼式換熱器管內(nèi)的流道湍流- 流體在漩渦中隨機(jī)運(yùn)動或混合。, 支撐管束,防止震動,控制流速和流向,引 導(dǎo)多管程換熱器管側(cè)流體流動的裝置。管 殼式換熱器???介質(zhì)的熱傳遞的方式。遞 方式。也 稱為反流。流 動。P, 或德爾塔p。T, 或德爾塔t
3、。剛 性固定的管殼式換熱器的術(shù)語。殼 體固定,并且設(shè)計(jì)成當(dāng)溫度升高時可在面 形成的,導(dǎo)致熱傳遞效率降低和堵塞。換 熱器,用于蒸餾系統(tǒng)中,為分離輕重組在 平行的軌道上流動。( 熱源)超過一次的管殼式換熱器 動 ,例如,管殼式換熱器中的管側(cè)流和殼通 過電磁波傳輸。液 體再次沸騰的換熱器。到 的熱量。著 管束的換熱器。 參見管側(cè)。沸 點(diǎn)時會產(chǎn)生自然循環(huán)的換熱器型式。管接 、或者兩者并用的方法連接固定在其上的參見殼側(cè)。換熱 器 的 類 型熱量傳遞在工業(yè)過程中有非常重要作用。換熱器廣泛用于過程之間的熱量傳 遞,它能夠使熱流體的熱通過熱傳導(dǎo)或?qū)α鞯姆绞絺鬟f給冷流體。換熱器為此過程提供加熱或冷卻。各種各樣的
4、的換熱器被用于化工過程工業(yè)中。在盤管式換熱器中,蛇管浸沒在水里或向其噴水來進(jìn)行傳熱,這種操作方式 傳熱系數(shù)較低且需要較大空間,因此它最適用于用較低的熱負(fù)荷來冷凝蒸汽。套管式換熱器是采用一個管子包含在另一個管子里面的設(shè)計(jì),管子可以是光 管或外部翅片管。套管換熱器通常采用串聯(lián)使用,殼側(cè)操作壓力高至500磅/平方英寸(表壓),而管側(cè)5,000磅/平方英寸(表壓)。管殼式換熱器有一個圓筒形殼體包在管束外面。流過換熱器的流體被稱為管 側(cè)流體或殼側(cè)流體。換熱器內(nèi)有一系列折流板支撐著管束,用于引導(dǎo)流體流動,增大流速,減少管子震動,保護(hù)管子,并產(chǎn)生壓力降。管殼式換熱器可以分類為單程固定管板式、多程固定管板式、
5、多程浮頭式和U型管式。固定管板式換熱器(圖7.1)的管板與殼體固定。固定管板式換熱器適 用于最大溫差為200° F (93.33 C)的操作。由于熱膨脹的存在固定管板式換熱器不能超過這個溫差 值。它最適合用于冷凝或加熱操作。浮頭式換熱器是為 200。F (93.33 0 C)以 上的高溫差設(shè)計(jì)的。操作過程中,一塊管板固定而另一塊管板在殼體內(nèi)“浮 動”,浮動端未與殼體固定且可以自由膨脹。再沸器是用于加熱曾經(jīng)沸騰的液體直到液體再次沸騰的換熱器。工業(yè)上常用的類型有釜式和熱虹吸式。板式換熱器主要由若干個金屬板片構(gòu)成,交替排列的金屬板片是為冷熱交 換設(shè)計(jì)的。兩相鄰板片的邊緣處有墊片,壓緊后可達(dá)
6、到密封的目的。板式換 熱器有冷熱流體的進(jìn)口和出口。板片和墊片的四個角孔形成了流體的分配管 和匯集管,使冷熱流體逆向經(jīng)過相鄰板間的波紋流道空間,該裝置最適用于 粘性和腐蝕性介質(zhì),其傳熱效率很高。板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊且便于清洗,操 作溫度限制在350到500° F (176.66 ° Cg U 260° C),其目的是為了保護(hù)內(nèi)部 墊片,由于設(shè)計(jì)要求板式換熱器不適合于沸騰和冷凝。工業(yè)過程中的大多數(shù) 液液兩相流體的交換都使用該設(shè)計(jì)。風(fēng)冷換熱器在操作過程中不需要?dú)んw,工藝管連接在一個進(jìn)水口和一個可 回程的匯流箱中,管子上可能存在翅片管或光管,翅片的作用是推動或拉動 外界的空
7、氣越過暴露的管子,風(fēng)冷換熱器主要應(yīng)用于高傳熱的冷凝操作。 螺 旋板式換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,該設(shè)計(jì)使流體在媒介中形成高湍流。同 其 他換熱器一樣,螺旋板式換熱器有冷熱流體的進(jìn)口和出口,在內(nèi)表面實(shí)現(xiàn) 熱 的交換,螺旋板式換熱器還有兩個內(nèi)部腔。管式換熱器的制造商協(xié)會通過多種設(shè)計(jì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)將換熱器進(jìn)行分類,其 中包括美國機(jī)械工程師協(xié)會(ASME)的結(jié)構(gòu)代碼,公差和機(jī)械設(shè)計(jì):B類,專為通用操作(經(jīng)濟(jì)和緊湊設(shè)計(jì))C類,專為適度的服務(wù)和通用操作(經(jīng)濟(jì)和緊湊設(shè)計(jì))F類,專為惡劣的條件下(安全耐久性)傳 熱 和流體流 動傳 熱 的 方 式 有 熱 傳 導(dǎo) , 熱 對 流 , 熱 輻 射 ( 圖 7.2) ,
8、在 石 油 化 學(xué) 產(chǎn) 品 中 , 煉油廠和實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中,這些方法需要被充分的理解,在所有的換熱器中 都能發(fā)現(xiàn)熱傳導(dǎo)和熱對流過程的結(jié)合。傳熱的最佳條件是產(chǎn)品受熱或冷卻有 較大的溫差(溫差越大,傳熱效果越好),高能量或高的冷卻劑流率,較大 的換熱面積。固體生耳痛圖7.2傳熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)的熱量是通過固體傳遞的,例如管子,封頭,擋板,管板,翅片和 殼體。這個過程發(fā)生在當(dāng)分子固體矩陣從熱源吸收熱量,由于分子在一個固 體矩陣并且不能移動,它們開始振動,這時能量就從熱的一側(cè)轉(zhuǎn)移到冷的一 側(cè)。熱對流對流是液體中較熱部分和較冷部分之間通過循環(huán)流動使溫度趨于均勻的過 程,在液體中分子的運(yùn)動形成電流,然后再重新分
9、配能量,這個過程將持續(xù) 進(jìn)行直到能量分布均勻?yàn)橹梗谝粋€換熱器中,這個過程發(fā)生在流體介質(zhì)彼 此接觸進(jìn)行能量交換時。擋板的排列方式和流體的流向?qū)⒁獩Q定這個對流會 發(fā)生在換熱器的各個部分。熱輻射熱輻射最好的例子是太陽使地球變得溫暖,太陽的熱量是通過電磁波傳遞 的。熱輻射是一個視線的過程,因此發(fā)射源和接收源的位置是非常重要的, 在熱交換器中沒有輻射傳熱過程。層流和湍流流體流動的兩個主要分類是層流和湍流(圖7.3)。層式或流線型流動流體 在管內(nèi)流動時,其質(zhì)點(diǎn)沿著與管軸平行的方向作平滑直線運(yùn)動。此類流動 的流 量很小,有很小的擾動(旋轉(zhuǎn)和渦流)。湍流通常有很大的流速。當(dāng)流速增加 時,層流模式將要改變成擾
10、動模式,湍流是隨機(jī)的運(yùn)動或流體的混合 一旦湍流流動開始,分子的運(yùn)動速度就要加快直到流體統(tǒng)一擾動為止。湍流 流動允許液體分子混合使其比層流流動更容易吸收熱量。層流流動促進(jìn)了靜 電膜的發(fā)展,靜電膜是一個絕緣體。湍流流動減少了靜電膜的厚度,提高了 傳熱率。平行流和串流換熱器可以通過不同的方式連接,最常見的串聯(lián)和并聯(lián)(圖7. 4),串流中 (圖7.4),在一個多通道的換熱器中通過管側(cè)流動排入到第二個換熱器中,根 據(jù)換熱器是如何運(yùn)行的這種排放路線可以被轉(zhuǎn)向到殼程或管程中。導(dǎo)向原則 是經(jīng)過一個換熱器的流動在它到第二個換熱器之前。在并聯(lián)流動中工藝工程 是在同一時間經(jīng)過多個換熱器。券止流體成的震動圖7. 3層
11、流和湍流圖7. 4并聯(lián)和串聯(lián)流圖7.5換熱器的串行流換熱器的有效性換熱器的設(shè)計(jì)通常要考慮它是如何有效的傳遞能量,污垢是一個難題,它 可 能使一個換熱器停止傳遞熱量,在持續(xù)的運(yùn)作期間,換熱器不能保持清潔。污 垢,水銹,和過程中的沉積物的結(jié)合使換熱器內(nèi)部的傳熱受到限制。這些 沉積 物在殼體壁面存在,抵抗了流體流動,減慢或停止熱量的傳導(dǎo)。一個換 熱器的 污垢阻力取決于被處理液體的類型,在系統(tǒng)中的數(shù)量和懸浮物的類型,對換熱 器的熱分解,和液流的流速和溫度。增加流速或降低溫度可以使污垢 減少,通 過檢查管程內(nèi)外的壓力,殼程內(nèi)外壓力可以識別污垢。這些數(shù)據(jù)常被用來計(jì)算 壓差或計(jì)算管段阻力損失,進(jìn)口,出口的壓
12、差是不同的,作為管 段阻力損失或 腐蝕和侵蝕是在熱交換中存在的另一個問題,化學(xué)制品,熱量,流體流動和時 間會磨損換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?;瘜W(xué)抑制劑被添加來防止腐蝕和 結(jié)垢。這些抑制 劑用來減輕腐蝕,藻類生長和礦物質(zhì)的沉積。套管換熱器套管換熱器是一個簡單的傳熱裝置設(shè)計(jì),套管換熱器的管內(nèi)部還有一根管 子(圖7.6)。外部管道作為殼程,內(nèi)管作為管程,冷熱流體能在同一個方向 流動(并聯(lián)流動),或相反方向流動(逆流或?qū)α鳎?。流動方向通常是相反的,因?yàn)檫@樣傳熱效率高,此效率是由于擾動,相碰 撞的顆粒,相反的氣流引起的。即使兩個液體流從未彼此直接接觸,這兩個 熱能量流(冷和熱)沒有相互遇到。在每個管道內(nèi)氣流的對流
13、混合散發(fā)熱量。圖7. 6套管換熱器在一個平行流式換熱器中,單相流的出口溫度接近另一單相流的出口溫度, 在一個兩相逆流換熱器中,一種單相流的出口溫度接近于另一單相流的進(jìn)口溫 度,因?yàn)榻档偷臏夭钚≡谄叫辛魇綋Q熱器中只能進(jìn)行少量的能量傳遞,靜 電膜 對管道內(nèi)熱量交換產(chǎn)生限制,就如隔熱屏障。接近管子的液體是熱的,遠(yuǎn)離管子的液體是冷的,任何類型的湍流效應(yīng)將 會打破靜態(tài)膜和傳遞能量渦流室周圍的一切,平行流不能產(chǎn)生湍流的漩渦。套管換熱器的系統(tǒng)局限性是其可以處理流率,最有代表性的是套管換熱器 的流率是很小的,低流率有利于層流流動。夾套式換熱器夾套式換熱器通常被使用于化工行業(yè)(圖7.7),夾套式換熱器有兩種基本
14、 模式:套管和多管設(shè)計(jì),夾套式換熱器的規(guī)定殼程壓力是500磅/平方英寸 (表壓),管程壓力是5000磅/平方英寸(表壓)。此類換熱器得名于其不同 尋常的發(fā)夾式形狀,套管設(shè)計(jì)是管內(nèi)部還有一根管子,翅片添加在管子外部 可以增加熱傳遞。這個發(fā)夾類似于管殼式換熱器,拉伸和彎曲成一個發(fā)夾。這個發(fā)夾設(shè)計(jì)有 幾個優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn):它最大的優(yōu)點(diǎn)是由于U型管的形狀使其熱膨脹系數(shù)很高, 它的翅片設(shè)計(jì)同時有要求流體有一個較低的傳熱系數(shù),管側(cè)有很高的壓力。 此外它很容易安裝和清洗,其模塊化的設(shè)計(jì)很容易增加節(jié)段;或更換部件物 美價廉,供應(yīng)充足。具缺點(diǎn)是并不像管殼式換熱器成本效益低并且它需要特 殊的墊圈。亮熊餐片人口i.出法蘭
15、接管量母甚推彩制芯殼末*件IE錐形國芯攜唱漫葭凄頭圖7.7夾套式換熱器管殼式換熱器管殼式換熱器是在工業(yè)中最常見的一種換熱器。管殼式換熱器適用于高流量,連續(xù)操作的場合,根據(jù)流程和需要的傳熱量管子的排列方式可以發(fā)生改變,當(dāng)管側(cè)流或封頭內(nèi)流體進(jìn)入到換熱器中時兩流體彼此平行流動。管程內(nèi)有一種流 體,殼程內(nèi)有另一種流體流動。熱量通過管壁傳遞給冷流體,熱傳遞的發(fā)生 首 先是熱 傳導(dǎo),其次是熱對流。圖 7.8顯示的是一個單程固定封頭式換熱器。流體流進(jìn)和流出的交換器是針對特定于的液體蒸汽。在系統(tǒng)中液體從底部裝置流動到頂部以減少或消除受到限制的蒸汽。氣體從頂部流動到底部消除被堵塞或積累的液體,此標(biāo)準(zhǔn)既適用于管程
16、流動又適合于殼程流動。板框式換熱器板框式換熱器是高傳熱、高壓降裝置。它由一系列用壓縮螺栓固定的兩端板 間的墊圈(圖7.20和7.21)。平板之間的通道是為壓降 和湍流流動設(shè)計(jì)的,以 為了完成高的傳熱效率。板式換熱器的開口通常位于桿端蓋處。當(dāng)熱流體進(jìn)入熱通道時將會通過排出口被送進(jìn)交替的板之間。然后到上面的板子處。當(dāng)冷 流 體進(jìn)入桿端蓋處逆流的冷空氣通道時。冷流體往上流動到平板上,熱流體通 過 平板向下流動到。這個薄板將冷熱流體進(jìn)行分離,防止泄露。流體流過板子后 進(jìn)入集管。平板被設(shè)計(jì)成有一系列交錯的格子。熱量通過熱傳導(dǎo)在平板表面進(jìn)行傳熱,通過對流進(jìn)入液體。整個管板流淌冷熱流體和像個分隔管冷熱流體在
17、板子的兩個相對方向上平行流動。熱流體在頂部流經(jīng)換熱器的墊 圈。這個安排要考慮壓降和湍流流動當(dāng)流體流經(jīng)板子進(jìn)入?yún)R集箱時。冷流體的冷流體進(jìn)入板式換熱器的底部墊圈,與熱流體形成對流。采集頭位于換熱器的上部。板框式換熱器有以下幾個優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。他們很容易拆卸、清理、分散熱量以至于沒有熱點(diǎn)。板子很容易增加和移動。其他的優(yōu)點(diǎn)是流體阻力小、污垢小 熱效率高。止匕外,如果墊圈泄露,當(dāng)泄漏到外面時,很容易更換墊圈。期雙困E埠蟀桂圖7.20板框式換熱器端板(圖定)圖7.21板框式裝配板子也可以防止產(chǎn)品的交叉污染。板框式換熱器可以產(chǎn)生與管殼式是換熱器相比比較小的大的湍動,大的壓降。板框式換熱器的缺點(diǎn)是它對高溫和高壓的
18、限制。墊圈很容易損壞和處理的液體不能兼容。螺旋式換熱器的設(shè)計(jì)以緊湊同心為特點(diǎn),能形成高湍流流體(圖7.22)。這 種換熱器有兩個基本類型:(1)兩側(cè)螺旋流、(2)橫向螺旋流。第一種類型的螺旋板換熱器適用于液液流體進(jìn)行換熱,冷凝器,氣體冷卻臺匕目匕器裝置。流進(jìn)換熱器的流體是專為逆流操作設(shè)計(jì)的。水平軸安裝使懸浮固體 夠進(jìn)行自動清理。前視圖惻視圖熱 冷圖7.22螺旋式換熱器第二種類型的螺旋板換熱器適用于冷凝器,氣體冷卻器、加熱器和再沸器裝 置。垂直安裝為高速液體和蒸汽結(jié)合和在蒸汽混合側(cè)產(chǎn)生低壓降創(chuàng)造了極好的條件。第二種類型的螺旋板換熱器適用于高流量率能抵消低流量率的液液系統(tǒng) 風(fēng)冷換熱器翅片熱風(fēng)機(jī)和風(fēng)冷換熱器傳熱的的方式不同。風(fēng)冷換熱器提供了一個矩陣結(jié) 構(gòu)的平板或翅片管與進(jìn)口或回流管連接。當(dāng)空氣作為外部的傳熱介質(zhì)時要遠(yuǎn)離管子。翅片的這樣多種形式安排是為了
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