间壁式换热器论文

间壁式换热器的研究与应用
摘要：换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

由于生产规模、物料性质、传热要求等各不相同，换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。

在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。

本文主要从间壁式换热器的类型、原理、传热强化等方面的阐述，对间壁式换热器加以了解。

Heat exchanger is chemical, petroleum, power, food and other general equipment, many industrial department occupies an important position in the production process. Heat exchanger in chemical industry production can be used as a heater, cooler, condenser, evaporator and reboiler, application more widely. Due to the scale of production, material properties, heat transfer requirements each are not identical, such as heat exchanger is a lot of more phyletic, but according to the cold and hot fluid principle and the method of heat exchange basically can be divided into three categories namely: wall, between hybrid and regenerative. In the three kinds of heat exchanger, most recuperative heat exchanger applications. This article mainly from the types, principle of recuperative heat exchanger and heat transfer strengthen, try to understand to recuperative heat exchanger.
关键词：类型、原理、传热强化
1.综述
间壁式换热器特点间壁式换热器的特点是冷，热两流体被一层固体壁面（管或板）隔开，不相混合，通过间壁进行热交换。

间壁式换热器的类型板很多。

间壁式换热器可以完成工艺流体之间的热量交换，也可以采用加热剂加热物料或利用冷却剂冷却物料。

2.间壁式换热器的类型
夹套式换热器在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却.
沉浸式蛇管换热器将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器.
喷淋式换热器将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍
动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善.
套管式换热器由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大. 套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式.
管壳式换热器管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位. 管壳式换热器主要有壳体,管束,管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上.在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程.管束的壁面即为传热面. 为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板.折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,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.常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛. 流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程.为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组.这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程.同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程.在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同.如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱.因此,当管束和壳体温度差超过50℃时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力.
3. 间壁式换热器原理
间壁式换热器是工业上采用最多的传热过程，故有必要对其传热细节加以讨论。

热量传递过程包括：热流体靠对流传热将热量传递给金属内管壁外侧；热量自管壁内测以传导方式传递到管壁外侧；热量以对流传热方式从内管壁外侧传递给冷流体。

4.间壁式换热器传热过称的强化路径
换热器传热过程的强化就是力求使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量尽可能增多。

其意义在于:在设备投资及输送功耗一定的条件下，获得较大的传热量，从而增大设备容量，提高劳动生产率;在设备容量不变的情况下使其结构更加紧凑，减少占地空间，节约材料，降低成本:在某种特定技术过程中使某些特殊工艺要求得以实施等。

换热设备传热计算的基本关系式揭示了换热设备的传热速率Q与总传热系数K、平均温度差以及传热面积A之间的关系。

因此，要使换热设备的传热过程得到强化，可以通过下列途径来实现：
（1）.增大传热面积A.增大传热面积，是指从设备的结构入手，通过改进传热面的结构来提高单位体积的传热面积，而非靠增大换热器的尺寸.使用多种高效能传热面，不仅使传热面得到充分的扩展，而且还是流体的流动和换热设备的性能得到相应的改善。

（2）翅化面(肋化面):用翅(肋)片来扩大传热面面积和促进流体的湍动，从而提高传热效率，是最早提出的方法之一翅化面的种类和型式很多，用材广泛，制造工艺多样，翅片管式换热器、板翅式换热器等均采用此法强化传热。

（3）异形表面:用轧制、冲压、打扁或爆炸成型等方法将传热面制造成各种凹凸形、波纹形、扁平状等，使流道截面的形状和大小均发生变化。

这不仅使传热表面有所增加，还使流体在流道中的流动状态不断改变，增加扰动，减少边界层厚度，从而强化传热。

（4）多孔物质结构:将细小的金属颗粒烧结或涂敷于传热表面或填充于传热表面间，以实现扩大传热面积的目的。

（5）采用小直径管:在管壳式换热器设计中，减小管子直径，可增加单位体积的传热面积。

据测算，在壳径为100011.以下的管壳式换热器中，把换热管直径由。

改为.，传热面积可增加3溅以上。

另一方面，减小管径后，使管内湍流换热的层面内层减薄，有利于传热的强化。

（6）增大平均温度差。

增大平均温度差，可以提高换热设备的传热效率。

平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动形式。

可以从以下两方面增大平均温度差:一是在冷流体和热流体进出口温度一定时，利用不同的换热面布置来改变平均温度差.如尽可能使冷、热流体相互逆流流动，或采用换热网络技术，合理布置多股流体流动与换热;二是扩大冷、热流体进出口温度的差别以增大平均传热温差。

但此法受生产工艺限制，不能随意变动，只能在有限范围内采用。

（7）提高总传热系数K。

提高换热设备的传热系数以增加换热量，是传热强化的重要途径，也是当前研究传热强化的重点.当换热设备的平均传热温差和换热面积给定时，提高传热系数将是增大换热设备传热量的唯一方法。

5.应用前景
换热设备广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品加工、动力以及原子能工业部门当中。

通常，在某些化工厂的设备投资中，换热器占总投资的30%；在现代炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的40%以上；在海水淡化工业生产当中，几乎全部设备都是由换热器组成的。

换热器的先进性、合理性和运转的可靠性直接影响产品的质量、数量和成本。

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