6-7换热器

a.切除过少 b.切除适当 切除过少 c.切除过多 切除适当 切除过多 挡板切除对流动的影响
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（2）管壳式换热器的给热系数 ）
给热系数包括管内流动的给热系数和壳程给热系数， 给热系数包括管内流动的给热系数和壳程给热系数，管内 管内流动的给热系数和壳程给热系数 流体的给热系数前面已经学过， 流体的给热系数前面已经学过，而壳程的给热系数与折流挡板 的形状、板间距，管子的排列方式、 的形状、板间距，管子的排列方式、管径及管中心距等因素有 关。 壳程中由于设有折流挡板，流体在壳程中横向穿过管束， 壳程中由于设有折流挡板，流体在壳程中横向穿过管束， 流向不断变化，湍动增强， Re 可达到湍流状态。 流向不断变化，湍动增强，当即 > 100 可达到湍流状态。 管程给热系数和壳程给热系数的求取见课本P226. 管程给热系数和壳程给热系数的求取见课本
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2. 浮头式 结构特点：两端的管板，一端不与壳体相连， 结构特点：两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿 管长方向浮动。 管长方向浮动。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀 管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩， 时，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全 消除热应力。 消除热应力。 特点：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力， 特点：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应 用较多的一种结构形式。 用较多的一种结构形式。
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e、被冷却的流体宜走壳程，便于散热； 、被冷却的流体宜走壳程，便于散热； f、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器，宜 、若两流体温差大，对于刚性结构的换热器， 将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力； 将给热系数大的流体通入壳程，以减小热应力； g、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜，因 、流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜， Re 即可达到湍流。但这不是绝对的， 在壳程 > 100 即可达到湍流。但这不是绝对的， 如果流动阻力损失允许， 如果流动阻力损失允许，将这种流体通入管内并 采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。 采用多管程结构，反而会得到更高的给热系数。 以上各点常常不可能同时满足， 以上各点常常不可能同时满足，而且有时还会 相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面， 相互矛盾，故应根据具体情况，抓住主要方面， 作出适宜的决定。 作出适宜的决定。
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4.管壳式换热器的设计和选用 4.管壳式换热器的设计和选用
（1）设计和选用时应考虑的问题 ）
除了前面讲过流体的流向，流速和流体出口温度的选择外， 除了前面讲过流体的流向，流速和流体出口温度的选择外， 还应考虑： 还应考虑： ① 冷热流体流动通道的选择 a、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便，但U 、不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便， 形管式的不宜走管程； 形管式的不宜走管程； b、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀； 、腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀； c、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力； 、压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力； d、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容 、饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁， 易排出； 易排出；
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1. 固定管板式
壳体与传热管壁温度之差大于50° 壳体与传热管壁温度之差大于50°C，加补偿圈，也称膨 50 加补偿圈， 胀节，当壳体和管束之间有温差时， 胀节，当壳体和管束之间有温差时，依靠补偿圈的弹性变 形来适应它们之间的不同的热膨胀。 形来适应它们之间的不同的热膨胀。 特点：结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难， 特点：结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难，壳程 必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。 必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。
11Βιβλιοθήκη 四、列管换热器 列管式换热器又称为管壳式换热器， 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大， 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热 壁式换热装置，历史悠久，占据主导作用。 壁式换热装置，历史悠久，占据主导作用。主要由壳 效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广， 效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广， 体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体 管束、管板、折流挡板和封头等组成 操作弹性大，大型装置中普遍采用。为提高壳程流 操作弹性大，大型装置中普遍采用。 。 在管内流动，其行程称为管程； 在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流 体流速， 体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂 直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、 直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、 其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 增 加流体流速， 加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过 管束，使湍动程度大为增加。 管束，使湍动程度大为增加。
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结构原理图： 结构原理图：
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二、蛇管换热器 1. 沉浸式
强化措施： 强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。
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结构：蛇管一般由金属管子弯绕而制成， 结构：蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所 需要的形状，沉浸在容器内， 需要的形状，沉浸在容器内，冷热流体在管内外进行 换热。 换热。 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：传热面积不大，蛇管外对流传热系数小。 缺点：传热面积不大，蛇管外对流传热系数小。 为了强化传热，容器内加搅拌。 为了强化传热，容器内加搅拌。
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各种排列方式的优点： 各种排列方式的优点：
但给热效果较差 正方形排列：易清洗， 热系数 正方形错列：可提高给 等边三角形：排列紧凑 ，管外流体湍流程度高 ，给热系数大
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④ 折流挡板 安装折流挡板的目的是为提高壳程对流传热系数， 安装折流挡板的目的是为提高壳程对流传热系数，为取得良 目的是为提高壳程对流传热系数 好的效果，挡板的形状和间距必须适当。对圆缺形挡板而言， 好的效果，挡板的形状和间距必须适当。对圆缺形挡板而言，弓 形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图可以看出， 形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。由图可以看出， 弓形缺口太大或太小都会产生“死区” 既不利于传热， 弓形缺口太大或太小都会产生“死区”，既不利于传热，又往往 增加流体阻力。挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。 增加流体阻力。挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距 太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数下降； 太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数下降； 间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。 间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距 为壳体内径的0.2～ 倍 不同类型换热器板间距查相关资料。 为壳体内径的 ～1.0倍。不同类型换热器板间距查相关资料。
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2 间壁式换热器的类型
一、夹套换热器
结构：夹套装在容器外部， 结构：夹套装在容器外部，在夹套和 容器壁之间形成密闭空间， 容器壁之间形成密闭空间，成为一种 流体的通道。 流体的通道。 优点：结构简单，加工方便。 优点：结构简单，加工方便。 缺点：传热面积A 传热效率低。 缺点：传热面积A小，传热效率低。 用途：广泛用于反应器的加热和冷却。 用途：广泛用于反应器的加热和冷却。 强化：为了提高传热效果， 强化：为了提高传热效果，可在釜内 加搅拌器或蛇管和外循环。 加搅拌器或蛇管和外循环。
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② 流动方式的选择 除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、 除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、热流体还可以 作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时，管程或壳程 作各种多管程多壳程的复杂流动。当流量一定时， 越多，对流传热系数越大，对传热过程越有利。但是， 越多，对流传热系数越大，对传热过程越有利。但是，采用多 管程或多壳程必导致流体阻力损失， 管程或多壳程必导致流体阻力损失，即输送流体的动力费用增 因此，在决定换热器的程数时， 加。因此，在决定换热器的程数时，需权衡传热和流体输送两 方面的损失。当采用多管程或多壳程时， 方面的损失。当采用多管程或多壳程时，列管式换热器内的流 动形式复杂，对数平均值的温差要加以修正。 动形式复杂，对数平均值的温差要加以修正。 ③ 换热管规格和排列选择 换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。 换热管直径越小，换热器单位容积的传热面积越大。因此 对于洁净的流体管径可取得小些。但对于不洁净或易结垢的流 对于洁净的流体管径可取得小些。 管径应取的大些，以免堵塞。为了制造和维修的方便， 体，管径应取的大些，以免堵塞。为了制造和维修的方便，我 国目前试行的系列标准规定采用φ × 国目前试行的系列标准规定采用φ19×2mm和φ25×2.5mm两种 和 × 两种 规格，管长有1.5、 、 、 规格，管长有 、2.0、3.0、6.0m，排列方式：正三角形、正 ，排列方式：正三角形、 方形直列和错列排列。 方形直列和错列排列。
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3. U型管式 型管式
结构特点：把每根管子都弯成U 结构特点：把每根管子都弯成U形，两端固定在同一 管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。 特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体， 特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体， 适用于高压气体的换热。 适用于高压气体的换热。
6.7 换热器
1 换热器的分类 2 间壁式换热器的类型 3 列管换热器的设计和选用 4 传热的强化措施 5 新型的换热设备
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1 换热器的分类和选择
按用途分类： 按用途分类： 加热器、冷却器、冷凝器、 加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器 按冷热流体热量交换方式分类： 按冷热流体热量交换方式分类： 混合式、蓄热式和间壁式 混合式、蓄热式和间壁式 换热器选择步骤（主要内容）： 换热器选择步骤（主要内容）： 根据工艺要求，选择适当的换热器类型； 1). 根据工艺要求，选择适当的换热器类型； 通过计算选择合适的换热器规格。 2). 通过计算选择合适的换热器规格。
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2. 喷淋式
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优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外 比沉浸式大 比沉浸式大。 优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压；管外α比沉浸式大。 缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外， 缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安装在室外，占地面 积大。 积大。
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三、套管换热器
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结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求， 结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求， 将几段套管用U形管连接 目的增加传热面积； 形管连接， 将几段套管用 形管连接，目的增加传热面积；冷热流体可 以逆流或并流。 以逆流或并流。 优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大， 优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大， 能保持完全逆流使平均对数温差最大， 能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应 用方便。 用方便。 缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占 缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏， 地较大。 地较大。 用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大， 用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所 需传热面积不多的场合。 需传热面积不多的场合。
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圆缺形
最常用
圆盘形
加挡板的作用：增大壳程流体的湍动，提高壳程的 加挡板的作用：增大壳程流体的湍动，提高壳程的α。 多管程的作用：增大管内流体 ，提高管内的α 多管程的作用：增大管内流体u，提高管内的 。
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圆缺形
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圆盘形
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结构特点： 结构特点：
壳体内装有管束，管束两端固定在管板上。 壳体内装有管束，管束两端固定在管板上。由于 冷热流体温度不同，壳体和管束受热不同， 冷热流体温度不同，壳体和管束受热不同，其膨胀程 度也不同，如两者温差较大，管子会扭弯， 度也不同，如两者温差较大，管子会扭弯，从管板上 脱落，甚至毁坏换热器。所以， 脱落，甚至毁坏换热器。所以，列管式换热器必须从 结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法， 结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消 除或减小热应力。 除或减小热应力 根据所采取的温差补偿措施， 根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分 为固定管板、浮头式、 型管式三种型式 型管式三种型式。 为固定管板、浮头式、U型管式三种型式。