换热器基本知识
换热器基础知识.
换热器基础知识简单计算板式换热器板片面积选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法：Q=K×F×Δt，Q——热负荷K——传热系数F——换热面积Δt——传热对数温差传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。
最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。
换热器的分类与结构形式换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。
随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：一、换热器按传热原理可分为：1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。
表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。
蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。
二、换热器按用途分为：1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
3、过热器过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
三、按换热器的结构可分为：可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
换热器知识介绍
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。
它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。
它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。
由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。
随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。
二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。
以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。
30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。
接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。
30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。
在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。
60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。
此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。
70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。
换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。
混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。
由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。
换热器基础知识
板式换热器的主要特点是: 1) 传热系数高
板式换热器具有较高的传热系数，一般约为管壳式换热 器的3～5倍。主要原因是板片的波纹能使流体在较小的流速 下产生湍流，湍流效果明显（雷诺数约为150时即为湍流）， 故能获得较高的传热系数。
2)对数平均温差大
板式换热器两种流体可实现纯逆流，一般为顺流或逆流 方式。但在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内 流动,总体上是错流的流动方式,降低了对数平均温差。板式 换热器能实现温度交叉，末端温差能达到1℃；管壳式换热 器末端温差只能达到5℃ 。
对于介质是否具有腐蚀性，是否含有纤维或颗粒等易堵 塞物，是否容易结垢等物性，也是换热器选型要考虑的关键 因素。如果介质具有腐蚀性，就要合理选择耐腐的换热材料。 如果介质含有纤维或颗粒等易堵塞物，由于板式换热器流道 较小，就更容易堵塞和磨损。如果介质容易结垢，就应选择 容易拆卸和清洗的换热器。
3.2、提高换热效率的途径——强化传热过程
3）NTU大
NTU表示相对于流体热容流量，换热器传热能力的大小。
例如对于已定的传热系数K和热容量 GCp值，NTU的大小就意 味着换热器尺寸的大小，即传热面积的大小。管壳式换热器 的NTU约为0.2～0.3（平均0.25）。板式换热器的NTU约为 1.0~3.0（平均2.0），因此板式换热器结构紧凑、体积小。
在列管换热器中，由于管内外流体温度不同，使管束和 壳体的受热程度不同，导致它们的热膨胀程度出现差别。若 两种流体温差较大，就可能由于热应力而引起设备变形，管 子弯曲甚至破裂，严重时从管板上脱落。因此，当两种流体 的温度超过50℃时，就应当从结构上考虑热膨胀的影响，采 取相应的热补偿措施。根据热补偿方式的不同，列管换热器 分为三种形式：
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基础知识一、板式换热器：一）、优点：传热效率高，对数温差大。
重量轻，占地面积小，清洗方便，容易改变换热面积或流程组合，适用于多种介质换热。
二）、缺点：工作压力v2Mpa,工作温度V200°C不适用于易堵塞介质。
承温：・160°C~225°C承压：35bar技术参数：板材：AISI316/SUS304等钎焊剂：纯度99.9%铜或银接口连接方式：螺纹、焊接、法兰等。
垫片材料EPDM、NBR胶片。
二、空气换热器：钢制绕片翅片管散热器三、容积式换热器注：碳钢在70%以上的浓硫酸中腐蚀轻微，60%以下稀硫酸中腐蚀严重。
铅对65%以下稀硫酸中耐腐蚀性强，在浓硫酸中腐蚀严重。
硝酸，强烈腐蚀铜，不腐蚀不锈钢，盐酸，腐蚀铜，也腐蚀不锈钢，氯离子，使不锈钢产生晶间腐蚀，变脆。
换热器选型主要因素:1、热负荷及流量大小2、流体的性质3、温度、压力及允许压降的范围4、对清洗、维修的要求5、设备结构、维修的要求6、价格、使用安全性和寿命7、其他：结构强度，材料来源，加工条件，密封性, 安全性等8、板版材质有不锈钢、钛及钛合金、银及鎳铜合金、310S等材B30合金、哈氏合金、蒙乃尔合金、换热器技术问答1.换热设备如何分类？答：按《石油化工总公司设备分类目录》可分为：（1）管壳式换热器(2)套管式换热器(3)水浸式换热器(4)喷淋式换热器(5)凹转（蛇管）式换热器(6)板式换热器(7)板翅式换热器(8)管翅式换热器(9)废热锅炉(10)其他2.换热器是如何传热的？答：在故普遍的间壁式换热器中，主要是传导和对流两种传热方式。
热流体先用对流给热的方式将热最传给管壁的一侧，再以传导的方式将热最从管壁一侧传过另一•侧，最后管壁另一侧乂以对流给热方式将热量传给了冷流体，从而完成了换热器的传热过程。
3.介质流速对换热效果有何影响？答：介质在换热器内的流速越人，其传热系数也越人。
因此提高介质在换热器内的流速可以大大提高换热效果，但增加流速带来的负面影响是增大了通过换热器的压力降，增加了泵的能量消耗，所以要有一定的适宜范围。
热交换器重点知识总结
1.什么叫热交换器？在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。
2.热交换器设计应该满足哪些基本要求？合理实现工艺要求。
热交换强度高，热损失小，在有利的平均温差下工作结构安全可靠。
有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构便于制造、安装、操作和维修。
经济上合理。
保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗设备紧凑。
⒊如何能做好热交换器设计？与传热学的发展相互促进，不可分割多学科交叉：传热学、流体力学、工程力学、材料科学涉及设计方法、设备结构、测试技术、计算和优化技术等对设计者来说，扎实的理论知识+经验4.热交换器的类型有哪些？分类方法：按用途：预热器（加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器。
按制造材料：金属、陶瓷、塑料、石墨、玻璃等。
按温度状况：温度工况稳定、温度工况不稳定。
按冷热流体的流动方向：顺流式（并流式）、逆流式、错流式（叉流式）、混流式。
按传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式5.热交换器的选型应考虑哪些因素？基本标准：流体类型、操作压力和温度、热负荷和费用等。
对于一定热负荷热交换器的选型考虑因素：热交换器材质；操作压力与温度、温度变化情况、温度推动力；流量；流动方式；性能参数—热效率和压降；结构性；流体种类和相态；维护、检测、清洗、拓展、维修的可能性；总的经济性；加工制造技术；其它的用途6.热交换器的设计计算包括哪些内容？热计算，结构计算，流动阻力计算，强度计算。
7.名词解释间壁式热交换器：两流体分别在一个固体壁面两侧流动，不直接接触，热量通过壁面进行传递。
混合式：或称直接接触式。
两种流体直接接触传热蓄热式：或称回热式。
两种流体分别分时轮流和壁面接触，热量借助蓄热壁面传递沉浸式热交换器结构：这种热交换器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。
优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。
缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。
换热器基础知识
焊接连接是将换热管的端部与管板焊在一起，这 种连接形式工艺简单、不受管子与管板材料硬度 的限制，而且在高温、高压下仍能保持良好的连 接密封性和牢固性，所以在高温、高压下甚至某 些压力并不太高的场合都使用焊接连接，如图所 示。焊接连接的缺点是只在管子端部与管板焊死， 而沿管板厚度方向的大部分管段其外壁与管板之 间存在环行间隙，在这些间隙中流体不流动，及 易造成“间隙腐蚀”，为消除间隙可采用胀接和 焊接并用的连接方式。
3）蒸发器：与冷凝器的操作刚好相反，两种 介质中 的一种介质由液体被蒸发成汽体。 4）加热器：只单纯的完成一种介质的加热升温的操作。 5）冷却器：如果热量不回收利用，完成用冷却剂（如 水、空气）来冷却另外一种介质的操作的换热器 称为冷却器。如用空气作为冷却剂的换热器称为 空气冷却器，简称空冷器。 2、按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。 3、按结构分类：分为管壳式换热器和板式换热器。
在相同的传热面积的情况下，换热管越长则壳体、 封头的直径和壁厚就越小，经济性越好；但换热 管过长，经济效果不再显著且清洗、运输、安装 都不太方便。换热管的长度规格有1.5、2.0、3.0、 4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m，在炼油厂所用的换 热器中最常用的是6m管长。换热管一般都用光管， 为了强化传热，也可用螺纹管、带钉管及翅片管。 换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正 三角形、正方形和转角正方形等。如图所示。三 角形排管多，结构紧凑，但管外清洗不方便；正 方形排管少，结构不够紧凑，但管外清洗较方便。 一般在固定管板式换热器中多用三角形排列，浮 头式换热器多用正方形排列。
•总体结构图如图1
2）固定管板式换热器 • 这类换热器的结构简单，重量轻，造价较低，在 相同的壳层情况下，可较其他型式的列管换热器 多排一些传热管子。但是壳体与管层之间的流体 的温差不能太大，因温差太大时，会产生较大的 热应力，使管子与管板结合处松脱而产生泄漏。 此外这类换热器因管板是固定的，所以在检修， 更换管子或清洗壳层时，都比较困难。此换热器 适用于壳程介质不易结垢，或是有结垢但可进行 化学清洗的场合；壳壁与管壁因温度差而引起的 膨胀量之差不大，或膨胀差虽大但壳程压力不高 的情况。
换热器基础必学知识点
换热器基础必学知识点
以下是换热器基础的一些必学知识点：
1. 热传导：介质中的热能通过分子间的碰撞传递的现象，即由高温区到低温区的传导。
热传导正比于温度梯度和介质的热导率。
2. 对流传热：介质周围的流体通过对流现象将热能传递出去。
对流传热正比于流体的流速、温度差和传热系数。
3. 辐射传热：通过辐射形式将热能传递出去，不需要介质的存在。
辐射传热正比于表面的辐射率、温度差和黑体辐射功率。
4. 传热方程：换热器中的传热可以通过传热方程来描述，常用的传热方程有热传导方程（Fourier定律）和对流换热方程（Newton冷却定律）。
5. 传热系数：描述换热器界面传热能力的物理量，是传热率与温度差之间的比例关系。
传热系数决定了传热的效率和速率。
6. 换热器类型：常见的换热器类型有壳管式换热器、板式换热器、管束式换热器等，根据不同的工艺需求选择适合的换热器类型。
7. 换热器设计：换热器的设计要考虑流体流量、温度差、传热系数、换热面积等因素，并进行热力学和动力学计算。
8. 热媒介选择：根据不同的工艺要求选择适合的热媒介，并考虑其传热性能、耐腐蚀性和成本等因素。
9. 损失：换热器中存在一定的传热损失，包括壁面传热损失、传热介质的流动损失和泄漏损失等，需要进行合理的设计和控制。
10. 性能评价：换热器的性能评价包括换热效率、效果、能耗等指标的考核和比较，以提高换热器的工作效率和经济性。
以上是换热器基础必学的知识点，掌握了这些知识可以更好地理解和应用换热器的原理和设计。
换热器基础知识
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隔板：增加管程数，提高管内流体流 速。流速增加，传热效率提高；但流 动的阻力也同时增加。
折流板：提高壳程流体的流速和湍 动 程度。
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带膨胀节的固定管板式换热器结构图
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(2)浮头式换热器：
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浮头式换热器结构图
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套管式换热器
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套管式换热器的特点：
优点：结构简单，拆装方便，灵活性 大
管径可大可小，程数可增可减。 缺点：接头多, 易漏，金属用量大。
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2.列管式换热器
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(1)固定管板式换热器：
两端管板固定。
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固定管板式换热器结构图
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固定管板式换热器的特点：
优点：结构相对简单，应用广泛。
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翅片管结构示意图：
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翅片的作用：增加传热面积及管外流 体的湍动程度。
风机：提高空气流速。
空气冷却器的特点： 优点：省水。 缺点：设备庞大，消耗动力。
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(6)板式换热器：
由传热板片、 密封垫片和压 紧装置组成。
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板式换热器板片
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板式换热器工作原理示意图
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板式换热器的特点：
优点：传热效率高。 缺点：承受压力低。
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(7)螺旋板式换热器：
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螺旋板换热器工作原理示意图
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(8)热管换热器
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换热器基本知识
（2） 浮头式换热器
浮头式换热器 1—防冲板；2—折流板；3—浮头管板；4—钩圈；5—支耳
浮头式换热器
• 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完 全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出, 便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较 广。
• 优点：管间和管内清洗方便，不会产生热应力 ；
• 缺点：结构复杂，造价比固定管板式换热器高 ，设备笨重，材料消耗量大，且浮头小盖在操 作中无法检查，制造时对密封要求较高。
• 流体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。 图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内 流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样 流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。 同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次 通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。
设备。
二、间壁式换热器的类型
沉浸式蛇管换热器
管式换热器
间壁式换热器
板式换热器
喷淋式换热器
套管换热器
固定管板式
列管式换热器
U型管
平板式换热器
浮头式 填料函式
螺旋板式换热器 夹套式换热器
板翘式换热器 翘片式换热器
翘片管换热器
(一) 管式换热器
管式换热器特点
• 管式换热器虽然在换热效率、结构紧凑性和单位传热
• 缺点：由于受弯管曲率半径的限制，其换热管 排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利 用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利 。当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形 管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只 能堵死，而坏一根U形管相当于坏两根管，报 废率较高。
换热器基础知识
四、管壳式换热器的总体结构
1、管壳式换热器的总体结构以及特点 1）浮头式换热器 • 浮头式换热器的一端管板是固定的。与壳体刚性 连接，另一端管板是活动的，与壳体之间并不相 连。活动管板一侧总称为浮头，浮头式换热器的 管束可从壳体中抽出，故管外壁清洗方便，管束 可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构 复杂、造价高，且浮头处若密封不严会造成两种 流体混合。浮头式换热器适用于冷热流体温差较 大（一般冷流进口与热流进口温差可达110℃）， 介质易结垢需要清洗的场合。在炼油厂中使用的 各类管壳式换热器中浮头式最多。
3、换热器型号的表示方法
级换热器 管 /壳 程 数 ， 单 壳 程 时 写 －公称长度（ 径（ ） 公称换热面积（ 管 /壳 程 设 计 压 力 （ ） ),压 力 相 等 时 只 写 ）， －换热管外
公称直径（ ），对于釜式重沸器用分数表示，分子为管 箱内直径，分母为圆筒内直径。 第一个字母代表前端管箱型式 第二个字母代表壳体型式 第三个字母代表后端结构型式
•
总体结构如图3
4）釜式换热器 • 这种换热器的壳体直径一般为管束直径的1.5～2.0 倍，管束偏置于壳体的下方，页面淹没管束，使 管束上部形成一定的汽液分离空间。此换热器多 用来做蒸发器、精馏塔的重沸器或简单的废热锅 炉。根据需要，管束可以是固定管板型、浮头型 或U型管型。
2、管壳式换热器的主要组合部件 管壳式换热器的主要组合部件有前端管箱，壳体 和后端结构（包括管束）三部分，详细分类以及 代号（英文字母）如下所示：
（一）换热管及在管板上的排列方式 换热管是管壳式换热器的传热元件，它直接与两 种介质接触，所以换热管的形状和尺寸对传热有 很大的影响。小管径利于承受压力，因而管壁较 薄且在相同的壳径内可以排列较多的管子，使换 热器单位体积的传热面积增大、结构紧凑，单位 传热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但 制造麻烦，且小直径管子易结垢，不易清洗。所 以一般对清洁流体用小直径管子，粘性较大的或 污染的流体采用大直径管子。我国管壳式换热器 常用换热管为：碳钢、低合金钢管有Φ19×2、 Φ25×2.5、 Φ38×3、 Φ57×3.5；不锈钢管有 Φ25×2、 Φ38×2.5。
换热器设计知识点
换热器设计知识点换热器是一种广泛应用于工业领域的设备，用于实现不同流体之间的热量传递。
它的设计是一项复杂的工作，需要考虑多个因素和知识点。
本文将介绍换热器设计中常用的一些知识点，并探讨它们的应用。
一、热传导与对流传热换热器的主要功能是通过热传导和对流传热来实现热量的交换。
热传导是指通过固体介质的分子振动和碰撞使得热量传递的过程。
对流传热则是通过流体的对流运动来实现热量的传递。
在换热器设计中，我们需要考虑热传导和对流传热的传热系数。
传热系数与换热器设计的效率密切相关，因此需要合理选择换热介质、设计换热器的结构和形状，以最大程度地提高传热系数。
二、换热器的热负荷计算在进行换热器设计之前，首先需要计算换热器的热负荷。
热负荷是指单位时间内热量传递的量，可以通过测量流体的温度、流量和热容来计算。
在进行热负荷计算时，需要考虑流体的物性参数、流体的传热特性以及流体在换热过程中的温度变化。
通过合理的计算方法和模型，可以得出准确的热负荷值，为换热器的设计提供基础数据。
三、传热表面积的确定传热表面积是指用于热量交换的有效表面积，是换热器设计中的重要参数。
在确定传热表面积时，需要考虑热负荷、传热系数以及流体的速度等因素。
为了提高传热效率，需要在保证传热表面积足够的前提下，尽量减小换热器的体积。
因此，在换热器设计中，需要根据实际情况和要求，选择合适的表面积大小，以实现最佳的换热效果。
四、流体流动与阻力损失流体流动是换热器设计中的重要考虑因素之一。
流体的流动情况直接影响了热传导和对流传热的效率。
在换热器的设计中，我们需要考虑流体的流速、流道的形状和结构以及流体在流动过程中的阻力损失。
通过合理的设计，可以实现流体的顺畅流动，并尽量减小阻力损失，提高整个系统的效率。
五、材料的选择与耐久性考虑在换热器设计中，材料的选择是至关重要的。
换热器需要能够承受高温、高压以及化学腐蚀等不同的工作环境。
因此，在选择换热器的材料时，需要考虑材料的热传导性能、耐腐蚀性能以及机械强度等因素。
换热器基础知识
6.2、传热的基础知识6.2.1、传热在化工生产中的应用传热，即热量传递，是自然界中普遍存在的现象。
传热与化工过程的关系尤为密切。
因为无论生产中的化学过程（化学反应操作），还是物理过程（化工单元操作），几乎都伴有热量的传递。
传热在化工生产过程中的应用主要有以下几方面：（1）、物料的加热、冷却或冷凝，使物料达到指定的温度和相态，以满足反应、加工、储存等的要求；（2）、在某些单元操作（如蒸发、结晶、蒸馏和干燥等）中，都需要输入或输出热量，才能使这些单元操作正常的进行；（3）、化工生产中热能的合理利用和废热的回收；（4）、化工设备和管道的保温，减少热量（或冷量）的损失。
传热设备不仅在化工厂的设备投资中占有相当大的比例，而且它们所消耗的能量也是很大的。
化工生产过程中对传热的要求可分为两种情况：一是强化传热，如各种换热设备中的传热，要求传热速率快，传热效果良好；另一种是削弱传热，如设备和管道的保温，要求传热速率慢，以减小热损失。
传热是一门内容很广的学科，应用于许多工程领域。
这里讨论的重点是传热基本原理和典型传热设备在天然气处理厂的应用。
6.2.2、传热的基本方式根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：热传导、热对流和热辐射。
传热可以依靠一种方式进行，也可以以两种或三种方式同时进行。
（1）、热传导热传导又称导热。
由于物质的分子、原子或电子的运动使热量从物体内高温处向低温处的传递过程称为热传导。
一切物体，不论其内部有无质点的相对运动，只要存在温度差，就必发生热传导。
可见热传导是静止物体内的一种传递方式。
气体、液体和固体的热传导各不相同。
在气体中，热传导是由分子不规则的热运动引起的；在大部分液体和不良导体的固体中，热传导是由分子的动量传递所致；在金属固体中，热传导起因于自由电子的运动，因此良好的导电体也是良好的导热体。
热传导不能在真空中进行。
（2）热对流（对流传热）热对流是指流体中质点发生相对位移而引起的热量传递。
换热器原理知识点总结
换热器原理知识点总结一、换热器的基本原理（一）热传导和对流传热换热器的换热过程主要涉及到热传导和对流传热两种方式。
热传导是指热量通过物体内部的传递方式，对流传热则是指流体与物体表面发生热量交换的过程。
在换热器中，通过这两种方式实现两种流体之间的热量传递。
（二）换热器的热力学基础换热器的热力学基础主要涉及热平衡、温度差、热传导等概念。
在换热器中，不同流体之间必须达到热平衡，即两种流体的温度相等。
换热器的有效性取决于流体之间的温差，温差越大，热量传递效率越高。
此外，热传导是换热的主要方式之一，它取决于物体的热导率、厚度和传热面积等因素。
二、换热器的分类（一）按换热方式分类按照换热方式的不同，换热器可以分为直接接触换热器和间接换热器。
直接接触换热器是指两种流体直接接触并交换热量，常见的有冷凝器和蒸发器；间接换热器则是指通过换热表面将两种流体的热量传递，常见的有管壳式换热器和板式换热器等。
（二）按换热器结构分类换热器的结构形式有很多种，常见的包括管式换热器、壳管式换热器、板式换热器、螺旋板片换热器等。
不同的结构形式适用于不同的工艺条件和换热要求。
（三）按换热性能分类换热器的性能可分为传热效率、压降、热应力等，这些性能指标对换热器的运行稳定性、能效和安全性有重要影响。
传热效率是衡量换热器性能的重要指标，不同的流体、流速、换热面积等因素都会影响传热效率。
三、换热器的性能参数（一）传热系数传热系数是衡量换热器性能的重要参数之一，它表示单位时间内单位换热面积上的传热量。
传热系数的大小直接影响着换热效率和设备尺寸，传热系数越大，换热器的性能越好。
（二）压降压降是指流体在换热器中通过程中的压力损失，它与设备的阻力、流体速度、管道布局等因素有关。
理想的换热器应该具有较小的压降，以降低能耗和提高设备效率。
（三）换热面积换热面积是指换热器传热表面的总面积，它是决定传热效率的重要因素之一。
通过增加换热面积可以提高传热效率，但也会增加设备成本和维护难度。
换热器基础知识
热量平衡
确保换热器输入和输出的热量 平衡，以实现高效的热交换。
热传导和热对流
利用合适的导热材料和设计合 理的对流路径，提高换热器的
热交换效率。
热辐射
根据实际需要，可考虑利用热 辐射进行热量传递。
换热器的制造工艺和材料选择
制造工艺
常见的换热器制造工艺包括板片压制、管壳制造和组装焊接等。
材料选择
根据实际使用工况，选择具有优良导热性能、高承压能力、耐腐蚀等特性的 材料。
。
热阻：衡量传热过程难易程度 的一个指标，表示热量在传递
过程中受到的阻力。
降低热阻可以增加传热系数， 从而加快传热过程。
03
换热器的材料和部件
换热器常用的金属材料
碳钢
具有较高的导热系数，价 格便宜，但耐腐蚀性较差 。
不锈钢
具有良好的耐腐蚀性和较 高的导热系数，但价格较 贵。
铜
具有优良的导热系数和耐 腐蚀性，广泛用于制造换 热器。
换热器的安装和维护
安装步骤
根据实际工况选择合适的换热器型号和材质，按照安装图纸进行设备的安装，确 保设备稳固、安全可靠。
维护保养
定期对换热器进行检查、清洗、更换密封件等维护工作，保证设备的正常运行。
换热器的常见故障及排除方法
1 2
结垢
由于水质或其他介质中杂质在换热表面沉积形 成硬垢，影响传热效率，需要定期清洗或更换 换热器。
由许多平行排列的传热管组成，用于实现两种流体之间 的热量交换。
导流板
用于改善壳程流体分布，提高换热器效率。
折流板
用于支撑管束并防止壳程流体直接冲击管束。
密封件
用于密封管束与壳体之间的间隙，防止流体泄漏。
进出口接口
设备-换热器基础知识
2管程
4管程 35
浮头式换热器浮头结构
管壳式换热器基本结构
主体部分： 壳体 管箱 管板 管束
附件： 分程隔板 折流板 旁路挡板 拉杆 定距管 支座
29
管壳式换热器基本结构
主体部分： 壳体 管箱 管板 管束
附件： 分程隔板 折流板 旁路挡板 拉杆 定距管
分程隔板
管程分程
管程数一般有1、2、4、6、8、10 、12七种。
对于多管程结构，应尽可能使各管 程的换热管数大致相等；分程隔板槽形 状简单，密封面长度较短。
的换热器。
用于将流体 冷凝到液体 状态的换热
器。
加热器
预热器
过热器
蒸发器
重沸器
冷却器
冷凝器
将流体预先进行 加热，以提高整 个生产过程效率
的换热器。
用于加热液体， 使其蒸发为气 态的换热器。
用于将流体冷 却到必要温度 的换热器。
按传热 方式
混合式：是依靠冷、热流体直接接触而进 行传热的，这种传热方式避免了传热间壁 及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触 情况良好，就有较大的传热速率。
换热器基础知识
目录 CONTENTS
01 03 04
概述
管壳式换热器
02 05 型式分类
日常操作
常见故障及处理
概述
是用来使热量从热流体 传递到冷流体，以满足规定的 工艺要求的设备。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。
01概述
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。
固定管板式：
固定管板式 特征： ✓ 两块管板，管板与壳程筒体焊接连接； ✓ 管板兼作法兰、管板直接与筒体焊接连接； ✓ 直管； ✓ 需要时，壳程设膨胀节。
《换热器基础知识》课件
安装前的准备
调试与试运行
根据换热器的型号和规格，确定安装 位置和固定方式，准备安装所需的工 具和材料。
对换热器进行调试和试运行，检查其 工作性能和运行稳定性，确保满足使 用要求。
安装步骤与注意事项
按照安装说明书逐步完成换热器的安 装，注意确保安装的正确性和安全性 。
换热器的维护与保养
日常检查与保养
01
实验测定法
通过在换热器进出口设置温度、 压力等传感器，测量实际运行中 的换热器性能参数。
数值模拟法
02
03
理论分析法
利用计算机模拟软件，对换热器 内部流动和传热过程进行数值计 算，预测换热器的性能。
基于传热学和流体力学的基本原 理，对换热器进行理论分析和计 算。
换热器性能测试设备介绍
温度测量仪表
辐射传热
总结词
辐射传热是通过电磁波的形式传递热量，不需要介质传递。
详细描述
辐射传热的基本原理是黑体辐射定律，即物体以电磁波的形式发射和吸收能量。辐射传热的热量与物体的发射率 、温度和波长等因素有关。在换热器中，辐射传热主要发生在高温环境下，如燃烧过程和高温气体冷却等场合。
03 换热器的设计与优化
衡量换热器传热效果的重要指标，通 常用换热器入口和出口温度的差值与 热负荷的比值表示。
热效率
换热器实际传递的热量与理论热量之 比，反映换热器的能量利用效率。
流动阻力
换热器内部流体流动时所受阻力的大 小，通常以进出口压差表示。
紧凑性
换热器单位体积内的传热面积，反映 了换热器的紧凑程度和空间利用率。
换热器性能测试方法
换热器设计的基本原则
高效性原则
换热器应具备高效率，能够快 速实现热量的传递，以满足工
换热器基本知识
一、换热器的结构型式有哪些？换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。
可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。
按结构型式分类如下：换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。
管式换热器又分为：套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。
板式换热器又分为：夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。
新型材料换热器分为：石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换热器。
其他形式的换热器包括回转式换热器和热管。
二、换热器管为什么会结垢？如何除垢？因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管外表，形成水垢。
在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。
初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管外表上。
此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管外表上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。
换热器管束除垢的方法主要有以下三种。
一、手工或机械方法当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。
当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻〔又称为捅管机〕进行清理。
二、冲洗法冲洗法有两种。
第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。
第二种方法是高压水枪冲洗法。
对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200ＭＰa自由调节。
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一、换热器的结构型式有哪些？换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。
可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。
按结构型式分类如下：换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。
管式换热器又分为：套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。
板式换热器又分为：夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。
新型材料换热器分为：石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换热器。
其他形式的换热器包括回转式换热器和热管。
二、换热器管为什么会结垢？如何除垢？因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管表面，形成水垢。
在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。
初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。
此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。
换热器管束除垢的方法主要有下列三种。
一、手工或机械方法当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。
当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。
二、冲洗法冲洗法有两种。
第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。
第二种方法是高压水枪冲洗法。
对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200ＭＰa自由调节。
利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。
高压水枪冲洗换热器效果较好。
应用广泛。
三、化学除垢换热器管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。
一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。
对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。
采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。
三、管壳式换热器管子与管板的连接方法有哪几种？如何选择？根据换热器使用条件、加工条件的不同，基本可分为胀接、焊接、胀焊并用三大类。
其中胀接又可分为：机械胀管、液压胀管、液袋胀管、橡胶胀管、爆炸胀管、脉冲胀管、粘胀等。
焊接分为：普通焊接、内孔焊接、高频焊接、摩擦焊接、钎焊和爆炸焊接。
胀焊并用分为：强度焊+贴胀、强度焊+强度胀、强度胀+密封焊、强度胀+贴胀+密封焊、强度焊+强度胀+贴胀。
换热器进行水压试验和气密试验的基本原则如下：（1）液压试验时，圆筒的薄膜应力不得超过试验温度下材料屈服点的90%；在气压试验时，此应力不得超过试验温度下材料屈服点的80%；（2）制造完工的换热器应按GB150“钢制焊接压力容器技术标准”的规定进行压力试验；（3）换热器需经水压试验合格后方可进行气密性试验；（4）压力试验必须用两个量程相同的并经过校正的压力表。
压力表的量程在试验的2倍左右为宜，但不应低于1.5倍和高于4倍的试验压力；（5）换热器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.4~0.5Mpa的压缩空气检查焊缝质量；（6）水压试验和气密性试验的试验介质、试验温度、试验方法要严格按照容器压力试验的有关规定进行；（7）换热压力容器液压试验程序应按GB151规定进行；（8）水压试验和空密性试验在确认无泄漏后，应保压30min。
四、换热器泄漏后如何进行试漏检查？怎样进行堵管？一、试漏检查为了查明管子的泄漏情况，首先要作水压试验，，一般均采用在管子外侧加压力的外压试验。
其方法是：把水通入壳体，保持一定时间，用目测检查两端管板处管子的泄漏情况，对漏管做出记录。
二、堵管管子本身的泄漏一般情况下是无法修复的，假如泄漏管子的数量不多时，可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞，如管程压力较高时，堵紧后再焊住更可靠。
堵头的长度一般为管内径的2倍，小端直径应等于0.85倍的内径，锥度为1:10，堵头材料的硬度应低于或等于管子的硬度。
用堵管来消除泄漏时堵管数不得超过10%。
五、换热器腐蚀的主要部位是哪些？为什么会发生腐蚀？换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。
腐蚀原因如下：一、换热管腐蚀由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40~50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。
二、管子与管板、折流板连接处的腐蚀换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在胀管部位出现裂纹，当管与管板存在间隙时，易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀使它成为SCC的裂源。
管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。
三、壳体腐蚀由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束用折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。
管壳式换热器的检修内容是：一、小修内容1）拆卸换热器两端封头或管箱；2）清洗、清扫管子内表面和壳体异物。
并检查换热器两端盖、管箱的腐蚀、锈蚀、裂纹、砂眼等缺陷；3）对管束和壳体进行试压和试漏；4）检查螺栓及保温、防腐；5）进行局部测厚。
二、中修内容1）包括小修内容；2）抽出管束清理、清扫、清洗，并检查换热管的变形和弯曲情况；3）检查隔板和折流板及拉杆螺栓的腐蚀情况；4）检查换热器各密封面情况，表面不应有划痕、凹坑和点蚀。
三、大修内容1）包括中、小修内容；2）全面检查换热器的运行情况，并对管板与管子焊接处进行着色检验。
管壳式换热器日常维护的内容管壳式换热器日常维护和监测应观察和调整好以下循环水的工艺指标。
一、温度温度是换热器运行中的主要控制指标，从换热器进出口流体温度变化的情况可分析换热器的换热效果，判断换热器传热效率的高低，主要在传热系数上，传热系数低其效率也低，由进出口的温度可决定对换热器进行检查和清洗。
二、压力换热器列管若干结垢严重，则阻力增大，所以日常要对换热器的进出口压差进行测定和检验，特别对高压流体的换热器更要特别重视，如果列管泄露，高压流体一定向低压侧泄漏，造成低压侧压力上升较快，甚至超压。
所以必须解体检修或堵管。
三、振动换热器内部的流体流速一般较高，由于流体的脉冲和流动都会造成换热管的振动，或者整个设备振动，但最危险的是工艺开车过程中，提压或加负荷较快，很容易引起换热管振动，特别是在隔板处，管子振动的频率较高，容易把管切断，造成断管泄漏，遇到这种情况必须停机解体检查，检修换热器。
固定管板式换热器有哪几部分组成？结构特点是什么？浮头式换热器的浮头有几种形式？固定管板式换热器主要由外壳、封头、管板、管束折流板或支撑板等部件组成。
其结构特点是：在壳体中设置有平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳体的进出管直接焊接在壳体上，装有进口或出口管的封头管箱用螺栓与外壳两管板紧固。
管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。
这种换热器，管程可以用隔板分成任何程数。
浮头换热器的浮头常用的有两种形式。
第一种是靠夹钳形半环和若干个压紧螺钉使浮头盖和活动管板密封结合起来，保证管内和管间互不渗漏。
第二种是使浮头盖法兰直接和勾圈法兰用螺栓紧固，使浮头盖法兰和活动管板密封贴合，虽然减少了管束的有效传热面积，但密封性可靠，整体也较紧凑。
板式换热器的工作原理是什么？有何特点？板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。
板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。
板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。
其特点：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150ºC，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗。
六、板式换热器有哪几部分组成？有什么作用？板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、固定封头、活动封头（头盖）、夹紧螺栓、支架、进出管等组成。
各部件作用如下：一、传热板片传热板片是换热器主要起换热作用的元件，一般波纹做成人字形，按照流体介质的不同，传热板片的材质也不一样，大多采用不锈钢和钛材制作而成。
二、密封垫片板式换热器的密封垫片主要是在换热板片之间起密封作用。
板式换热器的泄漏多是因为密封垫片压错位或者老化引起的。
三、两端压板两端压板主要是夹紧压住所有的传热板片，保证流体介质不泄漏。
四、夹紧螺栓夹紧螺栓主要是起紧固封头和换热板片的作用。
夹紧螺栓一般是通扣螺纹，预紧螺栓时，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均匀。
五、挂架主要是支承换热板片，使其拆卸、清洗、组装等方便。
板式换热器中、大修的内容有哪些？板式换热器中修的内容是：（1）拆除进出管清洗杂物；（2）检查进出管的橡胶内衬，不应有裂纹和破坏；（3）检查测量螺栓预紧力和板片总体尺寸。
板式换热器大修的内容是：（1）包括中修内容；（2）如换热器结垢，应解体清洗，或者另行配管在线化学清洗；（3）用放大镜检查密封垫片的弹性和压缩变形情况，必要时可以更换；（4）检查传热板片变形情况；（5）检查传热板片有无腐蚀、穿孔等缺陷；（6）重新组装，压紧螺栓；（7）试压；（8）复位。
板式换热器的拆装程序如下：（1）板式换热器拆卸前，首先测量板束的压紧长度尺寸，做好记录（重装时应按此尺寸）；（2）拆下夹紧螺栓和全部换热片；（3）取下各板片上的密封垫片，为防止用螺丝刀刺破板片，可采取液氮急冷法，使橡胶板条急冷变形，然后撕下；（4）清理密封槽内的残余粘结剂，清洗板片上的污垢；（5）用灯光或渗透法检查传热板片有无裂纹或穿孔。