化工设备基础-换热器--教案-

换热器

第一节概述

一、定义：换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。

二、衡量标准：

1.先进性—传热效率高，流体阻力小，材料省；

2.合理性—可制造加工，成本可接受；

3.可靠性—强度满足工艺条件。

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三、举例

1．冷却器（cooler）

1)用空气作介质—空冷器aircooler

2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0℃~-20℃—保冷器deepcooler

2．冷凝器condenser

1)分离器

2)全凝器

3．加热器（一般不发生相变）heater

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2)预热器（preheater）—粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降；

3)过热器（superheater）—加热至饱和温度以上。

4．蒸发器(etaporater),—发生相变

5．再沸器（reboiler）

6．废热锅炉（waste heat boiler）

看下图说明其结构及名称

四、换热器的的基本类型

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按传热方式或工作原理分类

1、直接接触式

2、蓄热式

3、间壁式

对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为

(1)管式

(2)紧凑式

(3)管壳式

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五、管壳式换热器的分类

1、固定管板式换热器：

优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。管坏时易堵漏。缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50℃，设置膨胀节。

适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。

2、浮头式换热器：

管束可以抽出，便于清洗；但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。

适用于介质易结垢的场合。

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3、填料函式换热器：

造价比浮头式低检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现，但壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。

适用于低压小直径场合。

4、U型管式换热器：

结构简单，造价低，壳程可清洗，但管程不能清洗，一个管板，管子可自由伸缩，无温差应力，管板上布管少，结构不紧凑，管子坏时不易修补。适用于管、壳壁温差较大的场合，尤

其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。

六、管壳式换热器机械设计内容

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管壳式换热器的设计：

1、根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择

管径、管长，决定管数、管程数和壳程数；

2、然后进行机械设计。内容有：

1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；

2）换热器封头选择，压力容器法兰选择；

3）管板尺寸确定；

4）折流板的选择与计算；

5）管子拉脱力的计算；

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7）温差应力计算。

第二节管子的选用及其与管板的连接

一、管子的选用

1、直径：小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数稍高，但容易结垢，不易清洗，用于较清洁的流体；大直径管子用于粘性大或污浊的流体。

2、规格：（外径×壁厚），长度按规定决定。

3、结构型式：多用光管，因为结构简单，制造容易；为强化传热，也采用异型管、翅片管、

螺纹管等。

4、材料：根据压力、温度、介质的腐蚀性能决定。主要有碳素钢、合金钢、铜、钛、塑料、石墨等。

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二、管子与管板的连接：

(一)胀接：

1)过程：最普通的是利用胀管器挤压伸入管板孔中的管子端部，使管端发生塑性变形，管板孔同时产生弹性变形，取去胀管器后，管板与管子产生一定的挤压力，贴在一起达到密封紧固连接的目的。

2）适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力≤4MPa，设计温度≤300℃，且无特殊要求的场合。外径d＜14mm，不适合胀接。

3）要求管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。

胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽。

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(二)焊接：

优点：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性，管板加工要求可降低，节省孔的加工工时，工艺较胀接简单，压力较低时可使用较薄的管板。

缺点：在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀开裂和疲劳破裂，同时管子、管板间存在间隙，易出现间隙腐蚀。

结构：主要有4种

（三)胀焊并用

前面我们讲了胀接、焊接后，会发现它们各自有优、缺点，因而目前广泛应用了胀焊并用的方法，这种方法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。

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胀焊并用连接主要有：

强度焊＋贴胀………………先焊后胀

强度胀＋密封焊………………先胀后焊

先焊后胀：

高温高压换热器中大多用厚壁管，胀接时要使用润滑油，进入接头后缝隙中会在焊接时生成气体，恶化焊缝质量，只要胀接过程控制得当，先焊后胀可避免这一弊病。

先胀后焊：

适用于管子与管板材料焊接性能较差的材料，胀接时不用润滑油，可防止产生焊接裂纹。第三节管板结构

一、(

一、换热管排列方式：

1、正三角形和转角正三角形排列

三角形排列紧凑，传热效果好，同一板上管子比正方形多排10%左右，同一体积传热面积更大。适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。

2、 正方形和转角正方形排列

正方形和转角正方形排列，管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。要经常清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列或转角正方形排列。

3．组合排列法：多程换热器中。

图7-15 正三角形排列的管子

正三角形排列

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转角正三角形排列