第2章管殼式熱交換器

1、第二章第二章 管殼式熱交換器管殼式熱交換器間壁式熱交換器間壁式熱交換器n管式熱交換器管式熱交換器 管殼式、套管式、螺旋管式等管殼式、套管式、螺旋管式等n板式熱交換器板式熱交換器n延伸表面熱交換器延伸表面熱交換器n蓄熱式熱交換器蓄熱式熱交換器管殼式換熱器管殼式換熱器 2.1 管殼式換熱器的分類管殼式換熱器的分類 基本類型基本類型固定管板式換熱器固定管板式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器U形管式換熱器形管式換熱器填料函式換熱器填料函式換熱器（1 1）固定管板式換熱器）固定管板式換熱器固定管板式換熱器固定管板式換熱器11封頭；封頭；22法蘭；法蘭；33排氣口；排氣口；44殼體；殼體；55換熱管；換熱管

2、；66波形膨脹波形膨脹節(jié)；節(jié)；77折流板（或支持板）；折流板（或支持板）；88防沖板；防沖板；99殼程接管；殼程接管；1010管板；管板；1111管程接管；管程接管；1212隔板；隔板；1313封頭；封頭；1414管箱；管箱；1515排液口；排液口；1616定距定距管；管；1717拉桿；拉桿；1818支座；支座；1919墊片；墊片；2020、2121螺栓、螺母螺栓、螺母 優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。管或更換。缺點：缺點：不易清洗殼程，殼體和管束中可能不易清洗

3、殼程，殼體和管束中可能產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。n 為為減少熱應(yīng)力減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。元件（如膨脹節(jié)、撓性管板等），來吸收熱膨脹差。帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器圖7-2 固定管板式換熱器圖7-3 帶補償器的固定管板式換熱器n 適用場合適用場合：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程：適用于殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，管程需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的需清洗以及溫差不大或溫差雖大但是殼程壓力不大的場合。場合。（2） U形管式換熱器形管式換熱器 U U形

4、管式換熱器形管式換熱器1.1.中間擋板；中間擋板；2.U2.U形換熱管；形換熱管；3.3.排氣口；排氣口；4.4.防沖板；防沖板；5.5.分程隔板分程隔板U U形管式換熱器形管式換熱器U U型管式換熱器型管式換熱器優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，承受能力強，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，承受能力強，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。缺點：缺點：布板少，管板利用率低，管子壞時不易更換。布板少，管板利用率低，管子壞時不易更換。適用場合：適用場合：特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。腐蝕性大的物料。圖7-6 U形管式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱

5、器11防沖板；防沖板；22折流板；折流板；33浮頭管板；浮頭管板；44鉤圈；鉤圈；55支耳支耳 （3）浮頭式換熱器）浮頭式換熱器浮頭結(jié)構(gòu)示意圖浮頭結(jié)構(gòu)示意圖優(yōu)點：優(yōu)點：管內(nèi)和管間清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。管內(nèi)和管間清洗方便，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。缺點：缺點： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價高，浮頭端小蓋在操作中結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，造價高，浮頭端小蓋在操作中無法檢查。無法檢查。適用場合：適用場合：殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易結(jié)垢的場合。殼體和管束之間壁溫相差較大，或介質(zhì)易結(jié)垢的場合。浮頭式熱交換器浮頭式熱交換器圖7-4 浮頭式換熱器（4 4）填料函式換熱器）填料函式換熱器填料函式換熱器填料函式換熱器

6、1.1.縱向隔板；縱向隔板；2.2.浮動管板；浮動管板；3.3.活套法蘭；活套法蘭；4.4.部分剪切環(huán)；部分剪切環(huán)；5.5.填填料壓蓋；料壓蓋；6.6.填料；填料；7.7.填料函填料函優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價低，管內(nèi)和管結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，造價低，管內(nèi)和管間清洗方便間清洗方便缺點：缺點：填料處易泄漏。填料處易泄漏。 適用場合：適用場合：4MPa 以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易以下，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。填料函式密封填料函式密封釜式重沸器n類似浮頭式、U形管換熱器，清洗維修方便，

7、可處理不清潔，易結(jié)垢的介質(zhì)，并能承受高壓、高溫.2.2 2.2 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)n管殼式換熱器流體的管殼式換熱器流體的流程流程 一種流體走管內(nèi)，稱為一種流體走管內(nèi)，稱為管程管程，另一種流體，另一種流體走管外，稱為走管外，稱為殼程殼程。管內(nèi)流體從換熱管一端流。管內(nèi)流體從換熱管一端流向另一端一次，稱為向另一端一次，稱為一程一程；對；對U U形管換熱器，形管換熱器，管內(nèi)流體從換熱管一端經(jīng)過管內(nèi)流體從換熱管一端經(jīng)過U U形彎曲段流向另形彎曲段流向另一端一次，稱為一端一次，稱為兩程兩程. .n 換熱管換熱管l在管殼式熱交換器使用各種各樣的管子，大部分在管殼式熱交換器使用各種各樣的管子

8、，大部分為直管和為直管和U U形管。形管。l構(gòu)成換熱器的傳熱面構(gòu)成換熱器的傳熱面. .碳鋼、合金鋼、銅、塑料、碳鋼、合金鋼、銅、塑料、石墨材料。石墨材料。 一般情況下使用一般情況下使用光管光管，當(dāng)殼側(cè)的傳熱系數(shù)比管側(cè)，當(dāng)殼側(cè)的傳熱系數(shù)比管側(cè)低時，如殼內(nèi)為高粘度液體，氣體，蒸汽時，使用低時，如殼內(nèi)為高粘度液體，氣體，蒸汽時，使用低翅管加強換熱。低翅管加強換熱。在另外一些特定情況下，選用雙層管在另外一些特定情況下，選用雙層管橫紋槽管橫紋槽管n雙面強化管，內(nèi)表面環(huán)形凸肋，外表面環(huán)形凹肋雙面強化管，內(nèi)表面環(huán)形凸肋，外表面環(huán)形凹肋.n管內(nèi)換熱系數(shù)為光管換熱系數(shù)的管內(nèi)換熱系數(shù)為光管換熱系數(shù)的23倍；倍；n

9、管外縱流條件下，管外傳熱系數(shù)為光管的管外縱流條件下，管外傳熱系數(shù)為光管的1.6倍倍.n傳遞熱量相同，泵功率相同，取代光管，節(jié)約材傳遞熱量相同，泵功率相同，取代光管，節(jié)約材料料30%-50%螺旋槽螺旋槽n 主要用于強化管內(nèi)氣體或液體的傳熱，強化管內(nèi)液主要用于強化管內(nèi)氣體或液體的傳熱，強化管內(nèi)液體的沸騰或管內(nèi)外蒸氣的冷凝，管內(nèi)傳熱系數(shù)為光管體的沸騰或管內(nèi)外蒸氣的冷凝，管內(nèi)傳熱系數(shù)為光管傳熱系數(shù)的傳熱系數(shù)的1.5-2.0倍；管外傳熱系數(shù)為光管傳熱系數(shù)倍；管外傳熱系數(shù)為光管傳熱系數(shù)的的1.5倍倍.縮放管縮放管波紋管波紋管n 波紋管優(yōu)點波紋管優(yōu)點 l 既強化管內(nèi)，又強化管外，結(jié)構(gòu)特點：波形既強化管內(nèi)，又

10、強化管外，結(jié)構(gòu)特點：波形變化，管壁薄，小于變化，管壁薄，小于1mm.l 傳熱系數(shù)較光管高傳熱系數(shù)較光管高23倍，波紋管換熱器具倍，波紋管換熱器具有傳熱效率高，不易結(jié)垢，熱補償能力強有傳熱效率高，不易結(jié)垢，熱補償能力強.等邊三角形，同心圓法，正方形法等邊三角形，同心圓法，正方形法n 換熱管及其在管板上的排列換熱管及其在管板上的排列n一邊與流向垂直，在相同管板面積上管數(shù)排列最多，一邊與流向垂直，在相同管板面積上管數(shù)排列最多，傳熱系數(shù)較高（與正方形排列比），節(jié)約管板面積傳熱系數(shù)較高（與正方形排列比），節(jié)約管板面積.n換熱管間不宜清洗，適用于不結(jié)垢護(hù)著可用化學(xué)方換熱管間不宜清洗，適用于不結(jié)垢護(hù)著可用化

11、學(xué)方法清洗以及允許壓降較高的工況。法清洗以及允許壓降較高的工況。n 換熱管在管板上的排列形式換熱管在管板上的排列形式有有正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正方形正方形和轉(zhuǎn)角正方形等等. n一邊與流向平行，特點皆于等邊三角形與正一邊與流向平行，特點皆于等邊三角形與正方形排列之間，不宜用于臥式冷凝器底部，方形排列之間，不宜用于臥式冷凝器底部，換熱管外表面的冷凝液膜削弱傳熱換熱管外表面的冷凝液膜削弱傳熱.n 最不緊湊，便于機械清洗，用于需要將管束最不緊湊，便于機械清洗，用于需要將管束抽出清洗的換熱器，如浮頭式換熱器中。抽出清洗的換熱器，如浮頭式換熱器中。n對比正方形排列，板

12、間距相同的情況下，流對比正方形排列，板間距相同的情況下，流通面積比正方形小，有利于流速提高通面積比正方形小，有利于流速提高. .n多種排列方式組合多種排列方式組合 p45p45組合排列與轉(zhuǎn)角排列組合排列與轉(zhuǎn)角排列n 換熱管中心距換熱管中心距定義：管板上兩管子的中心線距離。定義：管板上兩管子的中心線距離。 涉及清洗，固定方法。涉及清洗，固定方法。確定方法：確定方法： 換熱管中心距不小于換熱管中心距不小于1.25倍管外徑倍管外徑。n 布管限定圓布管限定圓用來決定殼體內(nèi)管束的大小。用來決定殼體內(nèi)管束的大小。n 管板和管子的連接管板和管子的連接 管板和管子的連接方式有管板和管子的連接方式有脹接脹接和和

13、焊接焊接，對，對于高溫高壓下常采用于高溫高壓下常采用脹脹、焊焊并用的方式。并用的方式。l 脹接脹接 脹接適用于換熱管為碳鋼，管板為碳鋼或脹接適用于換熱管為碳鋼，管板為碳鋼或低合金鋼，設(shè)計壓力不超過低合金鋼，設(shè)計壓力不超過4MPa、設(shè)計溫度、設(shè)計溫度不超過不超過350，且無特殊要求的場合。，且無特殊要求的場合。 l 焊接焊接 碳鋼或低合金鋼，溫度在碳鋼或低合金鋼，溫度在300以上，大以上，大都采用焊接連接。都采用焊接連接。管板與換熱管的焊接連接管板與換熱管的焊接連接 n 管箱管箱 位于殼體兩端，其作用是位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體控制及分配管程流體。 管箱結(jié)構(gòu)形式管箱結(jié)構(gòu)形式1.1.

14、隔板；隔板；2.2.管板；管板；3.3.箱蓋箱蓋n殼體及其與管板的連接殼體及其與管板的連接 在殼程進(jìn)口接管處常裝有在殼程進(jìn)口接管處常裝有防沖板防沖板或稱或稱緩沖板緩沖板。進(jìn)口接管及防沖板的布置進(jìn)口接管及防沖板的布置 n固定管板式中，兩端管板均與殼體采用固定管板式中，兩端管板均與殼體采用焊接連接焊接連接，管管板兼作法蘭用板兼作法蘭用。n浮頭式、浮頭式、U形管式及填料函式換熱器中采用形管式及填料函式換熱器中采用可拆連接可拆連接，將管板夾持在殼體法蘭和管箱法蘭之間。將管板夾持在殼體法蘭和管箱法蘭之間。管板與殼體連接結(jié)構(gòu)管板與殼體連接結(jié)構(gòu) n 折流板折流板 作用作用：流體反復(fù)地改變方向作錯流流動或其他

15、形式的：流體反復(fù)地改變方向作錯流流動或其他形式的流動，并可調(diào)節(jié)折流板間距以獲得適宜流速，提高流動，并可調(diào)節(jié)折流板間距以獲得適宜流速，提高傳熱效率。另外，支撐管束的作用。傳熱效率。另外，支撐管束的作用。分類：分類： 常用折流板有弓形和圓盤常用折流板有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種，弓形的有圓環(huán)形兩種，弓形的有單弓形、雙弓形及三弓形，單弓形和雙弓形應(yīng)用最多。單弓形、雙弓形及三弓形，單弓形和雙弓形應(yīng)用最多。 弓形折流板弓形折流板 圓盤圓盤- -圓環(huán)形折流板圓環(huán)形折流板折流板缺口尺寸折流板缺口尺寸 l折流板的固定折流板的固定 通過通過拉桿拉桿和和定距管定距管來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。 拉桿結(jié)構(gòu)拉桿結(jié)構(gòu) 折流桿換熱器折流

16、桿換熱器n折流板使流體橫掠管束，在增強傳熱的同時，折流板使流體橫掠管束，在增強傳熱的同時，也會引起流體的也會引起流體的誘導(dǎo)振動誘導(dǎo)振動。n誘導(dǎo)振動對換熱器的損傷誘導(dǎo)振動對換熱器的損傷l管子互相碰撞，當(dāng)管子振動振幅大到足以使管子互相碰撞，當(dāng)管子振動振幅大到足以使管子經(jīng)常碰擊時，就會使管壁磨損變薄，直管子經(jīng)常碰擊時，就會使管壁磨損變薄，直至破壞；至破壞；l管子與折流板孔壁因振動不斷碰撞，從而引管子與折流板孔壁因振動不斷碰撞，從而引起管子破裂；起管子破裂；l振動的管子與管板連接處受到很大的應(yīng)力，振動的管子與管板連接處受到很大的應(yīng)力，久而久之就造成脹接和焊接點因應(yīng)力而損壞，久而久之就造成脹接和焊接點因

17、應(yīng)力而損壞，并造成接頭泄漏。并造成接頭泄漏。l管子因振動反復(fù)彎折而引起應(yīng)力疲勞，長時管子因振動反復(fù)彎折而引起應(yīng)力疲勞，長時間連續(xù)振動就會導(dǎo)致管子破裂。間連續(xù)振動就會導(dǎo)致管子破裂。l振動引起應(yīng)力脈動，會使管材中的微觀缺陷振動引起應(yīng)力脈動，會使管材中的微觀缺陷擴展，直至產(chǎn)生裂紋。擴展，直至產(chǎn)生裂紋。n 對折流板管式換熱器而言，對折流板管式換熱器而言，減少誘導(dǎo)振動減少誘導(dǎo)振動振振幅的幅的措施措施有：有：l 降低橫掠管束的流速；降低橫掠管束的流速；l 提高傳熱元件的固有頻率，如增加管壁厚提高傳熱元件的固有頻率，如增加管壁厚 度，減小管子的跨度。度，減小管子的跨度。n最有效的防止誘導(dǎo)振動的方法是將流體由

18、橫最有效的防止誘導(dǎo)振動的方法是將流體由橫掠管束改為縱掠管殼，但縱掠管殼的換熱系掠管束改為縱掠管殼，但縱掠管殼的換熱系數(shù)又不如橫掠管束。數(shù)又不如橫掠管束。n這是一對矛盾，這也正是新型折流桿管殼是這是一對矛盾，這也正是新型折流桿管殼是換熱器產(chǎn)生的背景換熱器產(chǎn)生的背景 折流桿換熱器折流桿換熱器折流板換熱器的優(yōu)點折流板換熱器的優(yōu)點n縱掠管束，防止誘導(dǎo)振動的產(chǎn)生，提高了換熱器的縱掠管束，防止誘導(dǎo)振動的產(chǎn)生，提高了換熱器的安全性。安全性。n減小了殼側(cè)流體的阻力，降低管側(cè)的泵功。減小了殼側(cè)流體的阻力，降低管側(cè)的泵功。n增強流體的擾動，減少了橫掠管束時的流動死區(qū)增強流體的擾動，減少了橫掠管束時的流動死區(qū)和漏流

19、損失，強化殼側(cè)的換熱，即殼側(cè)的換熱系和漏流損失，強化殼側(cè)的換熱，即殼側(cè)的換熱系數(shù)不低于橫掠時換熱系數(shù)，傳熱系數(shù)可提高數(shù)不低于橫掠時換熱系數(shù)，傳熱系數(shù)可提高15%-50%。n減少污垢的沉積和腐蝕的產(chǎn)生，提高了換熱器的減少污垢的沉積和腐蝕的產(chǎn)生，提高了換熱器的使用壽命。使用壽命。 標(biāo)準(zhǔn)代號為標(biāo)準(zhǔn)代號為JBT4714472092 對浮頭式換熱器和冷凝器、固定管板式換熱器、對浮頭式換熱器和冷凝器、固定管板式換熱器、立式熱虹吸式重沸器及立式熱虹吸式重沸器及U形管式換熱器的具體結(jié)構(gòu)形形管式換熱器的具體結(jié)構(gòu)形式、基本參數(shù)及其組合都作了具體的規(guī)定式、基本參數(shù)及其組合都作了具體的規(guī)定(定型定型)。 三、管殼式換

20、熱器的標(biāo)準(zhǔn)三、管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn) GB1511999管殼式換熱器管殼式換熱器 國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的關(guān)于管殼式換熱器的國家標(biāo)國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的關(guān)于管殼式換熱器的國家標(biāo)準(zhǔn)，是管殼式換熱器設(shè)計和制造的主要依據(jù)。準(zhǔn)，是管殼式換熱器設(shè)計和制造的主要依據(jù)。 換熱器的型號表示法換熱器的型號表示法n滿液式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器-管程管程: :載冷劑載冷劑; ;殼程殼程: :制冷劑制冷劑n干式蒸發(fā)器干式蒸發(fā)器-管程管程: :制冷劑制冷劑; ;殼程殼程: :載冷劑載冷劑n 離心式離心式和和螺桿式冷水機組螺桿式冷水機組中中, 蒸發(fā)器的型式主要是滿蒸發(fā)器的型式主要是滿液式蒸發(fā)器和干式蒸發(fā)器兩種。液式蒸發(fā)器和干式蒸發(fā)器兩

21、種。n 滿液式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器中，中， 制冷劑經(jīng)過節(jié)流裝置進(jìn)入蒸發(fā)器制冷劑經(jīng)過節(jié)流裝置進(jìn)入蒸發(fā)器殼程殼程，蒸發(fā)器內(nèi)的液位保持一定。蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱管，蒸發(fā)器內(nèi)的液位保持一定。蒸發(fā)器內(nèi)的傳熱管浸沒在制冷劑液體中。吸熱蒸發(fā)后的氣液混合物中仍浸沒在制冷劑液體中。吸熱蒸發(fā)后的氣液混合物中仍含有大量液體含有大量液體, 從蒸發(fā)器內(nèi)逸出的濕蒸氣經(jīng)氣液分離后從蒸發(fā)器內(nèi)逸出的濕蒸氣經(jīng)氣液分離后再回入壓縮機。再回入壓縮機。n 干式蒸發(fā)器干式蒸發(fā)器中，由熱力膨脹閥或電子膨脹閥直接控中，由熱力膨脹閥或電子膨脹閥直接控制液體制液體制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器的管程制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器的管程，制冷劑液體在管內(nèi)，制冷劑液體在管內(nèi)完全轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

22、氣體，而被冷卻的介質(zhì)則在傳熱管外的管完全轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，而被冷卻的介質(zhì)則在傳熱管外的管程中流動。程中流動。載冷劑載冷劑(冷媒水冷媒水)走殼程走殼程，蒸發(fā)器中有數(shù)量，蒸發(fā)器中有數(shù)量不等的不等的折流板折流板。n 滿液式蒸發(fā)器優(yōu)點滿液式蒸發(fā)器優(yōu)點 傳熱效率高。液態(tài)制冷劑淹沒大量換熱管束傳熱效率高。液態(tài)制冷劑淹沒大量換熱管束,蒸發(fā)蒸發(fā)管表面高度強化管表面高度強化, 完全浸泡在冷媒中。完全浸泡在冷媒中。 制冷劑蒸汽無需過熱度制冷劑蒸汽無需過熱度, 從而蒸發(fā)溫度可以大幅的從而蒸發(fā)溫度可以大幅的提升，大大提高機組的能效比，大容量機組能效提提升，大大提高機組的能效比，大容量機組能效提升更加明顯。升更加明顯?！驹趦?/p>

23、水回水【在凍水回水12, 出水出水7的條件下的條件下, 蒸發(fā)蒸發(fā)溫度可達(dá)溫度可達(dá)5( 而干式僅為而干式僅為2) 】n 滿液式蒸發(fā)器缺點滿液式蒸發(fā)器缺點 滿液式蒸發(fā)器需要注入大量的制冷劑滿液式蒸發(fā)器需要注入大量的制冷劑 在采用氟利昂制冷劑時在采用氟利昂制冷劑時, 潤滑油的分離較困難。潤滑油的分離較困難。n干式蒸發(fā)器優(yōu)點干式蒸發(fā)器優(yōu)點 無需回油裝置就能將潤滑油帶回壓縮機。無需回油裝置就能將潤滑油帶回壓縮機。 制冷劑用量少制冷劑用量少, 為相同制冷量滿液式蒸發(fā)器的為相同制冷量滿液式蒸發(fā)器的1/3。n干式蒸發(fā)器缺點干式蒸發(fā)器缺點 當(dāng)采用多流程時當(dāng)采用多流程時, 氣、液兩相制冷劑在端蓋內(nèi)轉(zhuǎn)向時氣、液兩相

24、制冷劑在端蓋內(nèi)轉(zhuǎn)向時會出現(xiàn)分離會出現(xiàn)分離, 造成下一個流程中各管子中制冷劑流量造成下一個流程中各管子中制冷劑流量分配不均勻的不利現(xiàn)象。含氣量越多分配不均勻的不利現(xiàn)象。含氣量越多, 分配越不均勻分配越不均勻, 甚至?xí)褂行┕軆?nèi)無液體或液體很少甚至?xí)褂行┕軆?nèi)無液體或液體很少, 使這些管子失使這些管子失去了蒸發(fā)冷卻的作用。去了蒸發(fā)冷卻的作用。 由于折流板與殼體之間一般都有間隙泄漏由于折流板與殼體之間一般都有間隙泄漏(即凍水短即凍水短路路) ，降低了水側(cè)的換熱效果。，降低了水側(cè)的換熱效果。 將料液自降膜蒸發(fā)器加熱室上管箱加入，經(jīng)液體將料液自降膜蒸發(fā)器加熱室上管箱加入，經(jīng)液體分布及成膜裝置，均勻分配到

25、各換熱管內(nèi)，并沿?fù)Q熱分布及成膜裝置，均勻分配到各換熱管內(nèi)，并沿?fù)Q熱管內(nèi)壁呈均勻膜狀流下。在流下過程中，被殼程加熱管內(nèi)壁呈均勻膜狀流下。在流下過程中，被殼程加熱介質(zhì)加熱汽化，產(chǎn)生的蒸汽與液相共同進(jìn)入蒸發(fā)器的介質(zhì)加熱汽化，產(chǎn)生的蒸汽與液相共同進(jìn)入蒸發(fā)器的分離室，汽液經(jīng)充分分離，蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝（單分離室，汽液經(jīng)充分分離，蒸汽進(jìn)入冷凝器冷凝（單效操作）或進(jìn)入下一效蒸發(fā)器作為加熱介質(zhì)，從而實效操作）或進(jìn)入下一效蒸發(fā)器作為加熱介質(zhì)，從而實現(xiàn)多效操作，液相則由分離室排出。現(xiàn)多效操作，液相則由分離室排出。 n降膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器 液膜與加熱管的熱阻小，傳熱系數(shù)高。可以多效液膜與加熱管的熱阻小，傳熱系數(shù)高。

26、可以多效作業(yè)，很小的溫差（作業(yè)，很小的溫差（6-86-8），就能正常工作。），就能正常工作。 廣泛用于醫(yī)藥、食品、化工、輕工等行業(yè)的水或有機溶媒溶廣泛用于醫(yī)藥、食品、化工、輕工等行業(yè)的水或有機溶媒溶液的蒸發(fā)濃縮，并可廣泛用于以上行業(yè)的廢液處理。液的蒸發(fā)濃縮，并可廣泛用于以上行業(yè)的廢液處理。 n 結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)計算n 傳熱計算傳熱計算n 流動阻力計算流動阻力計算管殼式熱交換器的計算管殼式熱交換器的計算2.2 2.2 管殼式熱交換器的結(jié)構(gòu)計算管殼式熱交換器的結(jié)構(gòu)計算n管程流通截面積管程流通截面積的計算的計算n殼體直徑殼體直徑的計算的計算n殼體流通截面積殼體流通截面積的計算的計算n進(jìn)出口連接管直徑進(jìn)出

27、口連接管直徑的計算的計算2.2.1 2.2.1 管程流通截面積管程流通截面積的計算的計算ttttMA 式中：式中：At管程流通截面積，管程流通截面積，m2; Mt管程流體的質(zhì)量流量，管程流體的質(zhì)量流量，kg/s; 管程流體的密度，管程流體的密度，kg/m3; t管程流體的流速，管程流體的流速，m/sn所需管數(shù)：所需管數(shù)： 2ti4/nAdid 管子內(nèi)徑管子內(nèi)徑 式中：式中：n每根管子的長度每根管子的長度傳熱面積傳熱面積 L/Fdnn管程數(shù)：管程數(shù)： tZ/L ln總的管子根數(shù)總的管子根數(shù)ttnnZ每程管數(shù)每程管數(shù) 管程總長管程總長 2.2.2 2.2.2 殼體直徑殼體直徑的確定的確定2.2.3

28、 2.2.3 殼程流通截面積殼程流通截面積的計算的計算確定確定縱向隔板縱向隔板和和折流板折流板的數(shù)目和尺寸的數(shù)目和尺寸 P552.2.4 2.2.4 進(jìn)出口連接管直徑進(jìn)出口連接管直徑的計算的計算2.3 2.3 管殼式熱交換器的傳熱計算管殼式熱交換器的傳熱計算2.3.1 傳熱系數(shù)確定傳熱系數(shù)確定 經(jīng)驗數(shù)據(jù)；實驗測定；計算得出經(jīng)驗數(shù)據(jù)；實驗測定；計算得出 管殼式熱交換器所用的管子大多為圓管管殼式熱交換器所用的管子大多為圓管n目的：使設(shè)計的熱交換器能夠在傳熱面積、目的：使設(shè)計的熱交換器能夠在傳熱面積、傳熱系數(shù)、平均溫差等方面的綜合結(jié)果滿足傳熱系數(shù)、平均溫差等方面的綜合結(jié)果滿足傳熱方程式的要求。傳熱方

29、程式的要求。光滑圓管的換熱系數(shù)光滑圓管的換熱系數(shù)外表面外表面內(nèi)表面內(nèi)表面管壁較薄時，近似公式管壁較薄時，近似公式外表面外表面內(nèi)表面內(nèi)表面忽略管壁熱阻，污垢熱阻且管壁很薄時忽略管壁熱阻，污垢熱阻且管壁很薄時 OiOiK2.3.2 2.3.2 換熱系數(shù)的計算換熱系數(shù)的計算1. 管內(nèi)、外換熱系數(shù)管內(nèi)、外換熱系數(shù) 流體通過壁面的換熱系數(shù)，通過實驗確定為流體通過壁面的換熱系數(shù)，通過實驗確定為努塞爾數(shù)努塞爾數(shù)，傳熱因子傳熱因子，雷諾數(shù)雷諾數(shù)的關(guān)系。的關(guān)系。傳熱因子傳熱因子1/30.14Pr(/)hwjNu 1/30.14/Re Pr(/)HwjNu RehHjjn 科恩傳熱因子科恩傳熱因子n 柯爾本傳熱因

30、子柯爾本傳熱因子2. 殼側(cè)換熱殼側(cè)換熱 流動復(fù)雜且存在旁流、漏流，需專門的公式流動復(fù)雜且存在旁流、漏流，需專門的公式 1) 1) 無折流板無折流板時，按照縱向流過管束考慮；時，按照縱向流過管束考慮； 432 10Re2) 2) 盤環(huán)形折流板盤環(huán)形折流板4) 4) 盤環(huán)折流板盤環(huán)折流板432 10Re3) 3) 孔形折流板孔形折流板5) 5) 弓形折流板弓形折流板 應(yīng)用比較普遍，占主導(dǎo)地位，研究較多應(yīng)用比較普遍，占主導(dǎo)地位，研究較多各種方法比較各種方法比較n柯爾本柯爾本方法：基于理想管束，誤差大；方法：基于理想管束，誤差大；n科恩科恩方法：考慮了管程方法：考慮了管程- -殼程流動、溫度、殼程流動

31、、溫度、結(jié)垢等，比較完整；但過于簡化，傳熱系數(shù)結(jié)垢等，比較完整；但過于簡化，傳熱系數(shù)比較接近實際，壓降相差比較大；比較接近實際，壓降相差比較大；n廷克廷克的流動模型：將流動分類的流動模型：將流動分類n貝爾法貝爾法：基于實驗數(shù)據(jù)，并加以修正，應(yīng)用：基于實驗數(shù)據(jù)，并加以修正，應(yīng)用比較廣。比較廣。廷克廷克流路模型流路模型將殼側(cè)流體分為將殼側(cè)流體分為錯流錯流、漏流漏流及及旁路旁路等流路等流路貝爾法貝爾法n思路：思路：假定全部殼程流體以假定全部殼程流體以純錯流純錯流的形式通過理想管的形式通過理想管束，得到束，得到理想管束的傳熱因子理想管束的傳熱因子，再根據(jù)具體操，再根據(jù)具體操作條件引入各項作條件引入各項

32、校正因子校正因子。n先決條件先決條件明確知道換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)（管數(shù)，各個泄明確知道換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)（管數(shù)，各個泄漏面積等）漏面積等）n得到結(jié)構(gòu)參數(shù)后，按照全部錯流穿過理想管束，得到結(jié)構(gòu)參數(shù)后，按照全部錯流穿過理想管束，得到柯爾本傳熱因子得到柯爾本傳熱因子20.1403() HwspjprG cn以結(jié)構(gòu)參數(shù)為基礎(chǔ)，查取各種條件下的校正以結(jié)構(gòu)參數(shù)為基礎(chǔ)，查取各種條件下的校正因子因子 ji，再計算實際情況下的傳熱因子，得到，再計算實際情況下的傳熱因子，得到殼程傳熱因子殼程傳熱因子 jo校正因子包括：科爾本校正因子包括：科爾本jH 、缺口、缺口jc 、泄露、泄露jl 、旁通、旁通jb 、間距不等、間距

33、不等js 、低、低Re時逆溫度梯度時逆溫度梯度jr等。等。與換熱相關(guān)的幾個問題與換熱相關(guān)的幾個問題1.1.定性溫度定性溫度n定性溫度的含義定性溫度的含義 取法：取法：1 1）流體的平均溫度；）流體的平均溫度；2 2）壁溫；）壁溫；3 3）流體和壁）流體和壁溫的平均溫度。溫的平均溫度。n對油類以及其他高粘性流體，按照卡路里溫度計算對油類以及其他高粘性流體，按照卡路里溫度計算2. 2. 定型定型( (性性) )尺寸尺寸n對流體運動或傳熱發(fā)生主導(dǎo)影響的尺寸對流體運動或傳熱發(fā)生主導(dǎo)影響的尺寸n圓管內(nèi)換熱取管內(nèi)徑；管外強迫流動取管圓管內(nèi)換熱取管內(nèi)徑；管外強迫流動取管外徑；非圓性管道取外徑；非圓性管道取當(dāng)

34、量直徑當(dāng)量直徑. .式中：式中：A:流體的流通截面積；流體的流通截面積； U:濕周邊或熱周邊長濕周邊或熱周邊長de = 4A / U3 3 粘度修正粘度修正crQF t4 4 同時存在對流和輻射換熱問題的處理同時存在對流和輻射換熱問題的處理近似值：液體加熱取近似值：液體加熱取1.05；液體冷卻取；液體冷卻取0.95 氣體加熱和冷卻都為氣體加熱和冷卻都為1.02.3.3 壁溫的計算壁溫的計算一般情況下一般情況下放熱側(cè)放熱側(cè)吸熱側(cè)吸熱側(cè) 壁溫與換熱系數(shù)同時計算時，壁溫與換熱系數(shù)同時計算時，迭代比較法迭代比較法。 假設(shè)壁溫，在此基礎(chǔ)上求得換熱系數(shù)，分假設(shè)壁溫，在此基礎(chǔ)上求得換熱系數(shù)，分別求得壁面兩側(cè)

35、的傳熱量，二者進(jìn)行比較修正別求得壁面兩側(cè)的傳熱量，二者進(jìn)行比較修正壁溫，再次計算。壁溫，再次計算。2.4 管殼式熱交換器的流動阻力計算管殼式熱交換器的流動阻力計算阻力來源阻力來源 流體的粘性；壁面引起的流體內(nèi)部相對運動流體的粘性；壁面引起的流體內(nèi)部相對運動熱交換器的熱交換器的阻力分類阻力分類 流體與壁面的流體與壁面的摩擦阻力摩擦阻力 流動過程中的流動過程中的局部阻力局部阻力注：注：管側(cè)與殼側(cè)的阻力分別計算管側(cè)與殼側(cè)的阻力分別計算所設(shè)計的熱交換器的壓降超出允許范圍時，需修改所設(shè)計的熱交換器的壓降超出允許范圍時，需修改n管程阻力由管程阻力由沿程阻力沿程阻力、回彎阻力回彎阻力和和進(jìn)出口連進(jìn)出口連接管

36、阻力接管阻力三部分構(gòu)成，三部分阻力分別計算。三部分構(gòu)成，三部分阻力分別計算。n各自的計算公式見書各自的計算公式見書P70-71P70-712.4.2 2.4.2 殼程阻力計算殼程阻力計算n對于相同的雷諾數(shù)，殼程摩擦系數(shù)大于管程對于相同的雷諾數(shù)，殼程摩擦系數(shù)大于管程摩擦系數(shù)；殼程的壓降可能比管程小。摩擦系數(shù)；殼程的壓降可能比管程小。n殼程的阻力與流速、水力直徑、折流板數(shù)，殼程的阻力與流速、水力直徑、折流板數(shù)，流體密度等密切相關(guān)，所以要按照其類型不流體密度等密切相關(guān)，所以要按照其類型不同分別計算。同分別計算。n裝有裝有弓形折流板的殼程阻力弓形折流板的殼程阻力，按照，按照貝爾法貝爾法計計算具有比較好

37、的準(zhǔn)確性。算具有比較好的準(zhǔn)確性。流路分析法流路分析法根據(jù)并聯(lián)管路原理如下公式：根據(jù)并聯(lián)管路原理如下公式： BCE束PPPP AD缺束PPPP根據(jù)質(zhì)量守恒如下公式：根據(jù)質(zhì)量守恒如下公式：SBCEDAiMMMMMMM每一流路的壓降公式：每一流路的壓降公式：2siiiiw SPk2.5.1 2.5.1 流動空間選擇流動空間選擇原則原則 1. 1. 提高傳熱系數(shù)受到限制的側(cè)的換熱系數(shù)；提高傳熱系數(shù)受到限制的側(cè)的換熱系數(shù)； 2. 2. 盡量節(jié)省材料盡量節(jié)省材料 3. 3. 減少各種熱損失、冷量損失；減少各種熱損失、冷量損失； 4. 4. 減少熱應(yīng)力減少熱應(yīng)力 5. 5. 不易結(jié)垢，結(jié)垢后易清洗；不易結(jié)垢

38、，結(jié)垢后易清洗； 6. 6. 高壓下工作時，密封簡單高壓下工作時，密封簡單 7. 7. 便于流體的流入、分配和排出便于流體的流入、分配和排出2.5 2.5 管殼式換熱器的合理設(shè)計管殼式換熱器的合理設(shè)計n管程流過液體：容積流量小，不清潔、易結(jié)管程流過液體：容積流量小，不清潔、易結(jié)垢；高壓；腐蝕性；高溫；低溫。垢；高壓；腐蝕性；高溫；低溫。n殼程流過液體：殼程流過液體：n發(fā)生矛盾時，確定主要目標(biāo)發(fā)生矛盾時，確定主要目標(biāo)2.5.2 2.5.2 流體溫度的確定流體溫度的確定1） 熱端溫差小于熱端溫差小于20；2 ）冷端溫差小于）冷端溫差小于5；3） 冷卻或冷凝時，冷卻或冷凝時， 冷流體的初溫大于熱流體的凝冷流體的初溫大于熱流體的凝固點；有不凝性氣體參與時，冷流體終溫要低于固點；有不凝性氣體參與時，冷流體終溫要低于被冷凝氣體露點被冷凝氣體露點5 4） 空冷時，進(jìn)口溫差要大于空冷時，進(jìn)口溫差要大于20 5 ）多管程熱交換器避免溫度交叉）多管程熱交換器避免溫度交叉2.5.3 2.5.3 管徑選擇管徑選擇 原則：原則： 傾向于較小的管徑，管壁要滿足壓力以及傾向于較小的管徑，管壁要滿足壓力以及腐蝕要求；同時滿足脹管要求腐蝕要求；同時滿足脹管要求2.5.4 2.5.4 流速選擇流速選擇