冷换设备简介

列管式换热器的选用
2、列管换热器内常用的流速范围
流体种类 管程 一般液体 宜结垢液体 气体 0.5～0.3 >1 5～30
流速 m/s
壳程 0.2～1.5 >0.5 3～15
列管式换热器的选用
不同粘度液体在列管换热器管程中流速
液体粘度mPa.s
最大流速m/s
>1500
1000～500 500～100
T t
如果α1、α2、λ均不随管长l而变，且温差可以用 一平均值（T-t）m表示，则可积分得：
Q
1 1 i Ai Am o Ao
T t m
传热速率方程式
令：
1 1 1 K x A x i Ai Am o Ao



换热器有哪几类？
按传热方式分
按用途分
◎直接接触式(混合式) ◎蓄热式 ◎间壁式
☛ 加热器
☛ 冷却器 ☛ 冷凝器 ☛ 蒸发器 ☛ 再沸器
各类换热器的定义

直接接触式：混合式热交换器是依靠冷、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。故凡允许 流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体 的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的 冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调 节工程以及其它许多生产部门中。 蓄热式：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。
传热速率方程式
在逆流套管换热器中取微元
管段dl进行分析： 热流体对管内壁的对流传热速率：
dQ 1 i dA i (T Tw )
管内壁至管外壁的导热速率：
thT
热 流 体
Φ
Tw
Φ
冷 流 体 tct
dQ2
Tw t w
tw
th,w tc,w

dAm
流体通过间壁的热交换
传热速率方程式
板式有150，300和600mm三种，浮头式有100， 150，200，300，480和600mm五种。
U形管式换热器
6.螺旋板式换热器
6.螺旋板式换热器
螺旋板换热器工作原理示意图
7.热管换热器
热管换热器工作原理示意图 热管是一种新型高效的 传热元件，具有其他换热 器不能比拟的优点。石油 化工厂，常用作加热炉的 空气预热器。
圆盘形
为提高壳程流体流速，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、增加流体流速，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。
a.切除过少
b.切除适当 挡板切除对流动的影响
c.切除过多
一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0
倍。我国系列标准中采用的板间距为：固定管
计算方法：
比热法、热焓法
比热法
如果只发生单纯的温度变化，则： 热流体放出热量： Q1 m1c p,1 T1 T2
冷流体吸收热量： Q2 m2c p, 2 t 2 t1 如果只发生单纯的相变化，则：
热流体放出热量： 冷流体吸收热量：
Q1 m1 1
Q2 m2 2
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，
适用于高压气体的换热 。
列管式换热器的选用
1、列管式换热器流体流道的选择 1）不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。 2）腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。 3）压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。 4）饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出。 5）流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。 6）需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。 7）有毒的液体宜走管程。
热量衡算方程式
以套管换热器为例：
热流体放出热量：
Q1 m1[ 1 c p,1 T1 T2 ]
冷流体吸收热量： Q2 m2[ 2 c p, 2 t2 t1 ] 能量守恒： Q1＝Q2+Qf
Qf=0
Q1＝Q2
传热速率方程式
① 热流体与壁面的对流传热； ② 管壁的导热； ③ 管壁与冷流体侧的对流传热。
蓄热式换热器
间壁式换热器 ☛1.夹套式换热器
间 壁 式 换 热 器
☛2.套管式换热器 ☛3.蛇管式换热器
☛4.空冷式换热器
☛5.列管式换热器
☛6.螺旋板换热器
☛7.热管换热器
☛8.板式换热器
1.夹套式换热器
结构：在容器（或反应器外部）安装 夹套而成，密闭空间成为某种流体的 通道 。 特点： ☮传热系数不高（可在釜内安装搅拌 器、蛇管、螺旋隔板）； ☮换热介质为水蒸气、冷却水。 应用：反应过程的加热和冷却。
Q1 m1[ 1 C p1 (T1 T2 )]
Q2 m2 [ 2 C p 2 (t 2 t1 )]
当流体既有相变化又有温度变化时，则： 热流体放出热量： 冷流体吸收热量：
热焓法
热流体放出热量：
Q1 m1 I1 I 2
Q2 m2 i2 i1
冷流体吸收热量：
只发生在流体中。
工程定义
流体与固体壁面之间的传热过程
辐射传热（辐射）
高温物体产生的电磁波在空间传递而被低温物体 所吸收并转化为热能的过程称为辐射传热。
特点：
任何物体，只要T ＞0K，均存在辐射传热； 不需要任何中介； 传热过程中伴随能量形式的转换。
热传导（导热）
因为分子的微观振动，热量从高温物体流向与之
制氮喷淋冷却器（蛇
管式）
特点：传热推动力大，传热效果 好，便于检修和清洗。但喷淋不 易均匀而影响传热效果，只能安
装在室外。
用途：用于冷却或冷凝管内液体。
4.空冷式换热器
结构： 1——翅片管束 2——物料进口分配管 3——物料流出集液管 4——支架 5——风机 催化干式空冷
特点：
◈ 综合费用低于水冷 ◈ 空气不易结垢、不腐蚀设备
套管，并由U形弯头连接，每一段
直管称作一程。 特点： 表面传热系数大， 平均温
差最大，结构简单， 能承受高压，
传热面积可灵活变化，但易泄漏， 金属耗量大。 应用 ： 流量不大、传热面积不多 而要求压强较高的场合。
油浆采样器（蛇 管式）
3.蛇管式换热器
3.2 喷淋式换热器
结构：将蛇管成排地固定于钢架 上，被冷却的流体在管内流 动，冷却水由管上方的喷淋 装置中均匀淋下，蛇管内外 的两种流体进行热交换。
强制对流
非圆 管道 弯管
两流体间的传热计算
间壁两侧流体的传热过程
热溶液进
冷溶液进 冷溶液出
热溶液出
传热过程分析
① 热流体与壁面的对流传热； ② 管壁的导热； ③ 管壁与冷流体侧的对流传热。
换热器的热负荷及热量衡算方程式
热负荷定义： 单位时间冷、热流体间交换的热量 很显然，在不计换热器的热损失时，换热器的热负荷 等于单位时间内热流体放出的热量或冷流体吸收的热量。
接触的低温物体，或同物体内高温部分向低温部
分进行的热量传递过程称为导热，也称为热传导。
特点：
发生在物体内部或相互接触的物体之间；
物体不发生宏观的相对位移。
例如：在海滩上的一天
辐射
对流
传导
对流传热分类
膜状冷凝
冷凝传热 滴状冷凝
有相变 传热
对流传热 沸腾传热
大容器内液体沸腾
管内强制沸腾
自然对流 无相变 传热 管外 对流 管内 对流 圆形 直管 湍流 过渡流 滞流
两管程单壳程
U型管换热器 1—U形管 2—壳程隔板 3—管程隔板
两管程双壳程
四管程双壳程浮头式换热器
5.1固定管板式
壳体与传热管壁温
度之差大于50C，加
补偿圈，也称膨胀节， 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。
5.1固定管板式
特点：
结构简单，成
换热器综述
2012年12月15日
目 录
第一节 第二节 第三节 第四节 冷换设备常识 传热基本理论 换热器的制造 板式冷换概况
常减压蒸馏装置
27
常减压蒸馏装置
常顶气 常压塔
闪顶油气
石脑油稳定 闪蒸罐 常三线馏分
0.4MPa 蒸汽
电wk.baidu.com盐
常一线馏分
0.4MPa 蒸汽
常二线馏分
闪底泵
常压炉
0.4MPa 蒸汽
7.热管换热器
8.板式换热器
结构：由一组长方形的
薄金属板 平行排列
构成，用框架夹紧组 装在支架上。两相邻 流体板的 边缘用垫
片压紧，四角有圆孔
形成流体通道，冷热 流体在板片的两侧流
空压站板式换热器
过，通过板片换热。
8.板式换热器
特点：
传热效率高，结构紧凑， 操作 灵活，安装检修方便。 但耐
温、耐压性较差，易渗 漏，
压缩机缸套（夹套式）
2.套管式换热器
结构：将直径不同的直管制成同心套管，
并由U形弯头连接，每一段直管称作一程。
特点： 表面传热系数大， 平均温差最 大，结构简单， 能承受高压，传热面积 可灵活变化，但易泄漏，金属耗量大。 应用： 流量不大、传热面积不多而要求 压强较高的场合。
3.蛇管式换热器
3.1浸没式换热器 结构：将直径不同的直管制成同心
0.6
0.75 1.1
100～53
35～1 >1
1.5
1.8 2.4
列管式换热器的选用
3、管子的规格和排列方式 管子的规格：19×2mm和25×2.5mm
管长：1.5、2.0、3.0、6.0m ，L/D=4～６
排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。
列管式换热器的选用
4、折流挡板与板间距
圆缺形


间壁式换热器：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。主要有有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
直接接触式
冷热流体直接 接触进行换热。 如：凉水塔
蓄热式
冷热流体交替通过 填料 ，利用填料的 蓄热与放热，达到 交换热量的目的。 如：裂解炉
管外壁到冷流体的给热速率：
dQ3 o dAo (tw －t )
dQ dQ1 dQ2 dQ3
对于稳定传热过程：
可得：
T Tw Tw t w tw t dQ 1 1 i dAi dAm o dAo
传热速率方程式
利用加比定律：
dQ
1 1 i dAi dAm o dAo
常底油 原油罐区 原油泵
位于罐区
4
常减压蒸馏装置
减压塔 1.0MPa蒸汽 水
减一线油 减二线油 减顶不凝气 减顶油 酸性水
减顶分水罐
减三线油
0.4MPa蒸汽 常底油 减压炉
急冷油 减底油
5
延迟焦化装置
催化裂化装置
柴油加氢精制装置
汽油加氢装置 8
换热器用途

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 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。 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。 在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把 低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把 蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备，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 塔内的换热器。 热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%~30%，其重要性可想 而知。
处理量小。 应用：食品、轻工、化工。
目 录
第一节 第二节 第三节 第四节 冷换设备常识 传热基本理论 换热器的制造 板式冷换概况
热量传递的基本方式
对流传热（对流） 辐射传热（辐射） 热传导（传导、导热）
对流传热
对流是三种基本传热方式之一， 指由于流体的宏观运动而引起 的热量传递，因此，对流传热
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。
5.2浮头式
浮头式换热器管束 当壳体与管束因温度
不同而引起热膨胀时，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。
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。
5.3 U型管式
结构：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
翅片管的断面
应用：
初步冷却或高沸点馏分的 冷凝场合，适用于缺水地区。
5.列管式换热器
结构：
主要由壳体、管束、管板、
折流挡板和封头等组成。 一种流体在管内流动，其 管壳式换热器
行程称为管程；另一种流
体在管外流动，其行程称 为壳程。管束的壁面即为 传热面。
列 管 式 换 热 器
☛ 固定管板式 ☛ 浮头式 ☛ U型管式