換熱器基本知識(shí)分解

換熱器基本知識(shí)分解第1頁/共62頁1.定義：是實(shí)現(xiàn)將熱能從一種流體轉(zhuǎn)至另一種流體的設(shè)備，是許多工業(yè)部門的通用設(shè)備。一、換熱器的分類2.換熱器的分類（1）換熱器的種類很多，就換熱原理來分，可以分為三大類間壁式換熱器：冷、熱流體被固體傳熱表面隔開，而熱量的傳遞通過固體傳遞面而進(jìn)行。直接接觸式換熱器：冷、熱流體直接接觸進(jìn)行熱量交換。蓄熱式換熱器：冷、熱流體交替通過傳熱表面，冷流體通過時(shí)貯存冷量，熱流體通過時(shí)取走冷量。第2頁/共62頁第3頁/共62頁（2）按工藝功能分類（1）冷卻器：冷卻工藝物流的設(shè)備。冷卻劑有水、氨、氟利昂等。（2）加熱器：加熱工藝物流的設(shè)備。加熱介質(zhì)有水蒸汽、導(dǎo)熱油、熔鹽等。（3）再沸器：用于蒸發(fā)蒸餾塔底部的物料設(shè)備；分熱吸式和動(dòng)力循環(huán)式再沸器。（4）冷凝器：蒸餾塔頂物流的冷凝或者反應(yīng)器冷凝循環(huán)回流的設(shè)備。（5）蒸發(fā)器：專門用于蒸發(fā)溶液中水分或者溶劑的設(shè)備。（6）過熱器：對(duì)飽和蒸汽再加熱升溫的設(shè)備。（7）廢熱鍋爐：由工藝的高溫物流或者廢氣中回收其熱量而產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備。（8）換熱器：兩種不同溫位的工藝物流相互進(jìn)行熱交換能量的設(shè)備。第4頁/共62頁二、間壁式換熱器的類型間壁式換熱器管式換熱器板式換熱器翹片式換熱器沉浸式蛇管換熱器噴淋式換熱器套管換熱器列管式換熱器固定管板式U型管浮頭式填料函式平板式換熱器螺旋板式換熱器夾套式換熱器板翹式換熱器翹片管換熱器第5頁/共62頁(一)管式換熱器

管式換熱器雖然在換熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性和單位傳熱面積的金屬消耗量等方面都不如其它新型換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、易于制造、能承受較高的操作壓力和溫度等優(yōu)點(diǎn)。在高溫、高壓和大型換熱器中，管式換熱器仍占絕對(duì)優(yōu)勢，是目前使用最廣泛的一類換熱器。管式換熱器特點(diǎn)第6頁/共62頁蛇管式換熱器

蛇管式換熱器是由金屬或非金屬管子，按需要彎曲成所需的形狀，如圓形、螺旋形和長的蛇形管。它是最早出現(xiàn)的一種換熱設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)管外流體冷卻方式的不同，蛇管式換熱器又分為沉浸式和噴淋式。

第7頁/共62頁（1）沉浸式蛇管換熱器第8頁/共62頁沉浸式蛇管換熱器第9頁/共62頁

沉浸式蛇管式換熱器蛇管沉浸在盛有流體的容器內(nèi)，一種流體在容器中流動(dòng)，另一種流體在蛇管內(nèi)流動(dòng)，兩者通過蛇管壁進(jìn)行換熱蛇管多以金屬管子彎繞而成，或由彎頭、管件和直管連接組成，也可制成適合不同設(shè)備形狀要求的蛇管。使用時(shí)沉浸在盛有被加熱或被冷卻介質(zhì)的容器中，兩種流體分別在管內(nèi)、外進(jìn)行換熱。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，操作敏感性較小，管子可承受較大的流體介質(zhì)壓力。但是，由于管外流體的了流速很小，因而傳熱系數(shù)小，傳熱效率低，需要的傳熱面積大，設(shè)備顯得笨重。沉浸式蛇管換熱器常用于高壓流體的冷卻，以及反應(yīng)器的傳熱元件。缺點(diǎn)：管外流體的流速小，傳熱系數(shù)小，傳熱效率低，需要的傳熱面積使用：沉浸在盛有被加熱或被冷卻介質(zhì)容器中，兩種流體分別在管內(nèi)、外進(jìn)行換熱。第10頁/共62頁(2)噴淋蛇管式換熱器第11頁/共62頁噴淋蛇管式換熱器將蛇管成排的固定在鋼架上，被冷卻的流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水由管排上方的噴淋裝置均勻淋下。與沉浸式相比較，噴淋式蛇管換熱器主要優(yōu)點(diǎn)是管外流體的傳熱系數(shù)大，且便于檢修和清洗。其缺點(diǎn)是體積龐大，冷卻水用量較大，有時(shí)噴淋效果不夠理想。優(yōu)點(diǎn)：與沉浸式相比，該換熱器便于檢修和清洗。管外流體的傳熱系數(shù)大，且便于檢修和清洗。缺點(diǎn)：是占地較大，水滴濺灑到周圍環(huán)境，且噴淋不易均勻。冷卻水用量較大，有時(shí)噴淋效果不夠理想。第12頁/共62頁冷溶液進(jìn)

冷溶液出熱溶液進(jìn)2.套管式換熱器第13頁/共62頁第14頁/共62頁套管式換熱器原理

以同心套管中的內(nèi)管作為傳熱元件的換熱器。兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管，每一段套管稱為“一程”，程的內(nèi)管（傳熱管）借U形肘管，而外管用短管依次連接成排，固定于支架上。熱量通過內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。通常，熱流體（A流體）由上部引入,而冷流體（B流體）則由下部引入。套管中外管的兩端與內(nèi)管用焊接或法蘭連接。內(nèi)管與U形肘管多用法蘭連接,便于傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長度取4～7米。這種換熱器傳熱面積最高達(dá)18平方米，故適用于小容量換熱。當(dāng)內(nèi)外管壁溫差較大時(shí),可在外管設(shè)置U形膨脹節(jié)或內(nèi)外管間采用填料函滑動(dòng)密封，以減小溫差應(yīng)力。管子可用鋼、鑄鐵、陶瓷和玻璃等制成，若選材得當(dāng)，它可用于腐蝕性介質(zhì)的換熱。第15頁/共62頁套管式換熱器的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，可利用標(biāo)準(zhǔn)管件。兩種流體都可在較高溫度和壓力下?lián)Q熱，傳熱系數(shù)大。傳熱面積可根據(jù)需要增減。缺點(diǎn)單位換熱面積金屬耗量大，價(jià)格較高。檢修、清洗不便。第16頁/共62頁3.管殼式換熱器(列管式換熱器)第17頁/共62頁第18頁/共62頁管殼式換熱器管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體;另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。第19頁/共62頁優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對(duì)壓力和溫度的適用范圍大。管內(nèi)清洗方便，清潔流體宜走殼程。處理量大。缺點(diǎn)傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性、單位換熱面積的金屬耗量等不如新型換熱器。管殼式換熱器第20頁/共62頁管殼式換熱器的類型由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：

(1)固定管板式換熱器;

（2)浮頭式換熱器;

（3)U形管式換熱器;

（4)填料函式換熱器;

第21頁/共62頁(1)固定管板式換熱器固定管板式換熱器1—封頭；2—法蘭；3—排氣口；4—?dú)んw；5—換熱管；6—波形膨脹節(jié)；7—折流板（或支持板）；8—防沖板；9—?dú)こ探庸埽?0—管板；11—管程接管；12—隔板；13—封頭；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉桿；18—支座；19—墊片；20、21—螺栓、螺母第22頁/共62頁固定管板式換熱器固定管板式換熱器管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機(jī)械清洗時(shí)的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時(shí)，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。缺點(diǎn)：當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。第23頁/共62頁固定管板式換熱器應(yīng)用：這種換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場合。為減少熱應(yīng)力，通常在固定管板式換熱器中設(shè)置柔性元件伯膨脹節(jié)、撓性管板等人來吸收熱膨脹差。補(bǔ)償方式：補(bǔ)償圈(或稱膨脹節(jié))這種補(bǔ)償方法簡單，但不宜用于兩流體的溫度差太大(應(yīng)不大于70℃)和殼方流體壓強(qiáng)過高(一般不高于6atm)的場合。第24頁/共62頁

固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)殼體及其與管板的連接

●在殼程進(jìn)口接管處常裝有防沖板或稱緩沖板。

進(jìn)口接管及防沖板的布置

第25頁/共62頁●在固定管板式中，兩端管板均與殼體采用焊接連接、且管板兼作法蘭用，在浮頭式、U形管式及填料函式換熱器中采用可拆連接，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)

第26頁/共62頁弓形折流板

第27頁/共62頁圓盤-圓環(huán)形折流板第28頁/共62頁折流板缺口尺寸

第29頁/共62頁●折流板的固定折流板的固定是通過拉桿和定距管來實(shí)現(xiàn)的。

拉桿結(jié)構(gòu)

第30頁/共62頁◆換熱器的型號(hào)

×××

DN

—--A------Ⅰ或Ⅱ

管束的級(jí)別

管程/殼程數(shù)，單殼程時(shí)只寫Nt

公稱長度/換熱管外徑，m

公稱換熱面積

管程/殼程設(shè)計(jì)壓力，MPa；壓力相等時(shí)只寫pt

公稱直徑，mm；

分別表示前端管箱、殼體、后端結(jié)構(gòu)形式第31頁/共62頁（2）

浮頭式換熱器浮頭式換熱器1—防沖板；2—折流板；3—浮頭管板；4—鉤圈；5—支耳

第32頁/共62頁浮頭式換熱器浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動(dòng)，完全消除了熱應(yīng)力;且整個(gè)管束可從殼體中抽出,便于機(jī)械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣。優(yōu)點(diǎn)：管間和管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭小蓋在操作中無法檢查，制造時(shí)對(duì)密封要求較高。適用于殼體和管束之間溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。第33頁/共62頁浮頭結(jié)構(gòu)示意圖第34頁/共62頁浮頭式重沸器1—偏心錐殼；2—堰板；3—液面計(jì)接口第35頁/共62頁（3）

U形管式換熱器

U形管式換熱器

1—中間擋板；2—U形換熱管；3—排氣口；4—防沖板；5—分程隔板第36頁/共62頁U形管式換熱器U型管換熱器每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進(jìn)出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。缺點(diǎn)：由于受彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少，管束最內(nèi)層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對(duì)傳熱不利。當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有管束外圍處的U形管才便于更換，內(nèi)層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報(bào)廢率較高。第37頁/共62頁U形管式換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：只有一塊管板，管束由多根U形管組成，管的兩端固定在同一塊管板，管子可以自由伸縮。當(dāng)殼體與U形換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。

優(yōu)點(diǎn)：U形管式換熱器結(jié)構(gòu)比較簡單、價(jià)格便宜，承壓能力強(qiáng)。第38頁/共62頁U形管式換熱器應(yīng)用：適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。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。第39頁/共62頁（4）

填料函式換熱器

填料函式換熱器

1—縱向隔板；2—浮動(dòng)管板；3—活套法蘭；4—部分剪切環(huán)；5—填料壓蓋；6—填料；7—填料函第40頁/共62頁管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)

◆管殼式換熱器流體的流程

一種流體走管內(nèi)、稱為管程，另一種流體走管外、稱為殼程。管內(nèi)流體從換熱管一端流向另一端一次，稱為一程；對(duì)U形管換熱器，管內(nèi)流體從換熱管一端經(jīng)過U形彎曲段流向另一端一次，稱為兩程.

第41頁/共62頁◆換熱管及其在管板上的排列換熱管在管板上的排列形式有正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正方形等

換熱管的排列形式

第42頁/共62頁◆管板和管子的連接

管板和管子的連接方式有脹接和焊接，對(duì)于高溫高壓下常采用脹、焊并用的方式。

●脹接脹接適用于換熱管為碳鋼，管板為碳鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過4MPa、設(shè)計(jì)溫度不超過350℃，且無特殊要求的場合。

第43頁/共62頁●焊接碳鋼或低合金鋼，溫度在300℃以上，大都采用焊接連接。管板與換熱管的焊接連接

第44頁/共62頁◆管箱

管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。

管箱結(jié)構(gòu)形式1—隔板；2—管板；3—箱蓋第45頁/共62頁管箱型式第46頁/共62頁管箱型式第47頁/共62頁管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)

◆

GB151—1999《管殼式換熱器》

是由國家技術(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)。該標(biāo)準(zhǔn)是管殼式換熱器設(shè)計(jì)和制造的主要依據(jù)。

◆標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為JB／T4714～4720－92

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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U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(定型)。

第48頁/共62頁隔板

隔板的最小厚度見下表：公稱直徑

DN隔板最小厚度碳素鋼及低合金鋼高合金鋼≤60086>600~≤1200108>1200~≤20001410>2000~≤26001410第49頁/共62頁◆折流板

●折流板的作用引導(dǎo)殼程流體反復(fù)地改變方向作錯(cuò)流流動(dòng)或其他形式的流動(dòng)，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，折流板還可起到支撐管束的作用。

●折流板的分類常用折流板有弓形和圓盤-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。

第50頁/共62頁（二）板式換熱器由一組幾何結(jié)構(gòu)相同的平行薄平板疊加所組成，冷熱流體間隔地在每個(gè)通道中流動(dòng)，其特點(diǎn)是拆卸清洗方便，故適用