换热器的结构及操作.

第五章传热设备

概述

在化工生产中，为了保证化学反应的顺利进行，使化学反应维持在一定温度和压力下进行。有时需要加热，有时需要冷却。因此合理而有效地进行传热是化工生产中十分重要的基本操作之一。

1.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、对流传热和辐射传热。

热传导: 是依靠物体内分子的相互碰撞进行的热量传递过程。

对流传热: 流体内部质点发生宏观相对位移而引起的热量传递过程，对流传热只能发生在液体或气体流动的场合。

辐射传热: 热量以电磁波的形式在空间的传递称为热辐射。热辐射与热传导和对流传热的最大区别就在于它可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。

2.传热过程中冷热流体（接触）热交换方式

传热过程中冷热流体（接触）热交换可分为三种基本方式，直接混合式换热，间壁式换热，蓄热式换热三种。

1）直接混合式换热：冷、热流体直接接触，相互混合传递热量。该类型换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许混合的场合。

2）蓄热式换热：蓄热式换热是在蓄热器中实现热交换的一种换热方式。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。

3）间壁式换热：冷、热流体被固体壁面（传热面）所隔开，互不接触，它们在壁面两侧流动，热量由热流体通过壁面传给冷流体。适用于冷、热流体不允许混合的场合。

第一节换热器

换热器：能实现冷热流体之间热量交换的装置。

1.换热器的分类

1.1 按传热面结构分：

1）管式换热器

可分为列管式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、喷淋式换热器、翅片管式换热器；

2）板式换热器

可分为平板式换热器、翅片板式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器；

1.2 按用途分：

1）预热器：用于预热物料；

2）加热器：用于流体，产品的加热；

3）冷却器：用于流体的冷却；

4）冷凝器：用于流体、蒸汽的冷凝，分馏过程的馏分回收或产生真空；

5）再沸器：用于被精馏物料的加热、汽化；

1.3按传热方式分：

直接混合式换热器， 间壁式换热器，蓄热式换热器三种。 其中间壁式换热器在化工生产 中应用最广。

2.间壁式换热器

固定管板式换热器

夹套式换热器 板式换热器 板翅式换热器

2.1列管式换热器

列管式换热器是目前生产上应用最广的一种换热设备。它主要由壳体、换热管、封头、 管板、折流挡板等部件组成。列管式换热器的主要优点是单位体积所具有的传热面积大以及 传热效果好。此外，结构简单，制造材料的范围较广，操作弹性较大等，因此，在高温高压 和大型装置上多采用列管式换热器。

2.1.1列管式换热器的基本型式 1）固定管板式

其结构特点是两块管板分别焊接于壳体的两端， 管束两端焊接或胀接在管板上，封头用 螺栓与管板相连，封头与管板之间的空间构成流体的分配室。 为了提高壳内流体的流速， 通 常在壳体内安装一定数量与管束垂直的折流挡板。 常用的挡板形式有圆缺形（又称弓形）和盘 环形两种（见图）。由于管板与壳体、管子都焊在一起，位置完全固定不变，故称为固定管板

r 列管式换热器

套管式换热器

U 形管式换热器

浮头式换热器 间壁式换热器

蛇管式换热器

螺旋板式换热器 翅片管式换热

沉浸式蛇管换热器

喷淋式蛇管换热器

管《

热無折激掲梅

式。整个换热器分为两部分：换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程；换热管外的通

道及与其相贯通处称为壳程。若管流体一次通过管程，称为单管程。流体在管内依次往返多次，则称为多管程。常采用二管程和四管程

固定管板式换热器的优点是结构简单、方

便。其缺点是壳程不能进行机械清洗；胀节，因

而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。且不

易结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力

不高的场合。

1—隔板2—壳体3—折流挡板

具有补偿圈的固定管板式换热器

由于冷热流体的温度不同，外壳和管子的温度也必然会有所差异，

膨胀的程度有所不同，严重时可将管子扭曲变形，或管子从管束上脱落。差超过

50C时，就必须采取措施来减小或消除它们之间因热膨胀量不同所造成的影响，固

定管板式换热器采用补偿圈来消除管子与壳体的热膨胀量不同引起的热应力的影响。通固定管板式

换热器的不同，就在于在壳体上具有一圈通过滚压或焊接的波形补偿圈膨胀节），这种换热器结构

简单，但补偿能力有限，它只能在管子与壳体的温度差不大于

70C的情况下使用。另外，当壳程流体压强大于6atm时，由于补偿圈过厚，难以伸缩，

也

会失去温差补偿的作用。

（见图）。

紧凑。每根换热管都可以进行更换，且管内清洗

当换热管与壳体的温差较大时，需在壳体上设置膨

固定管板式换热器适用于壳程流体清洁

会导致外壳和管子热

当外壳和管子的温

它与普

（又称

60〜

5 J二晋程

2

盘坏形

折

流

挡

板

買

9

2）U型管式换热器:

其结构特点是只有一个管板，换热管为U型，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与U型换热管有温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构

简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；管束可以抽出，管间清洗方便。

其缺点是管内清洗比较困难：由于管子需要有一定的弯曲半径，故管板的利用率较低，在同样的体积下所提供的传热面积较小；只有一块管板支撑管束，操作中易发生振动。内层

管子坏了不能更换，因而报废率较高（一根U形管相当于两根直管）。U型管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢，而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强

的场合。一般高温、高压、腐蚀性强的介质走管内，可使高压空间减小，并可节约材料和减少热损失。3）浮头式换热器:

1-売豊；2-a定蒼版版：卜厚吴钩Kfe兰：4浮劫營版：6-浮头1

其结构特点是将管侧一端的管板用法兰固定到壳体上，另一端管板可以在壳体内沿轴向

自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热

管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板之间若密封不严，发生内漏，会造成两种介质的混合。浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。

2.1.2选择适宜的流体走管程和壳程

1）不洁净的，易结垢的或带固体颗粒的流体适宜走管程，便于清洗硬度

高，易结垢，走管程）；

2）腐蚀性的或高温高压的流体宜走管程，从而避免管束和壳体同时受腐蚀和受压；

3）粘度较小，流量小的流体；被加热的或不易加热的流体宜走管程；

4）被冷却的流体宜走壳程，便于散热，但冷冻剂却最好走管程，因为管程热损失小；

5）饱和蒸汽宜走壳程，因为蒸汽比较洁净，还便于排出不凝气和冷凝液；

（一般冷却水含杂质多,

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