关于换热器结构原理选型及操作课件
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Ⅱ、外导流式换热器是在原换热器的壳程筒体 上增加一个放大筒节用以扩散壳程流体，并使 流体从换热器壳程的两端进入壳程，从而避免 了在换热器布管时考虑布管弓形的高，而使增 加了同规格上换热器的布管数目并有效利用了 换热器前后端的换热管从而增大了有效换热面 积。
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。但是壳体与管程之间的流体 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。
三、换热器的分类
换热设备的分类方法很多，现将几种常见的分 类方法介绍如下：
1、按用途分类：分为热交换器、冷凝器、蒸发器、 加热器及冷却器等五类。
1）热交换器：两种不同温度的介质进行热量交换， 使一种介质降温而另一种介质升温，以满足各自 的需要。
2）冷凝器：两种不同温度的介质进行热量交换，其 中一种介质由汽态被冷凝成液态。
以降低成本。另外，生产所得的油品或化工产品， 需要将其冷却或冷凝，以便储存和运输。以上这些 与热量有关的过程都需要使用换热设备。
使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如 果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过 换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却 水的消耗。
综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺 少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及 食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
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。
关于换热器结构原 理选型及操作
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换热器
一、概述
在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有 加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过 程。传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些 使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。据 统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备 总投资的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传 质传热过程都与热量的变化密切相关，如反应过程 中，有的要放热，有的要吸热，要维持反应的连续 进行，就必须排除多余的热量或补充所需的热量； 工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，
• 总体结构图
3）U型管式换热器
• 这种换热器不同于固定管板式和浮头式，只有一 块管板，换热管作为U字形、两端都固定在同一块 管板上；管板和壳体之间通过螺栓固定在一起。 这种换热器结构简单、造价低，管束可在壳体内 自由伸缩，无温差应力，也可将管束抽出清洗且 还省了一块管板；但U形管管内清洗困难且管子更 换也不方便，由于U形弯管半径不能太小，故与其 他管壳式换热器相比布管较少，结构不够紧凑。 它适用于冷热流体温差较大、管内走清洁不易结 垢的高温、高压、腐蚀性较大的流体的场合。
二、比较换热设备的指标 1. 效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在
单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。 2. 结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大，
比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即 传热面积与换热设备体积之比。 3. 节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是 指单位传热面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量 与传热面积之比。 4. 压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小， 节省动力、操作成本降低。 5. 要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期 长。 ➢ 由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种 各样的换热器，以适应各种特定的工艺条件。
• 总体结构图
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，液面淹没管束，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、分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。
•总体结构图
浮头式换热器和冷凝器，可采用内导流或外导流结构， 管内均可承受高压。
内导流换热器结构图
外导流换热器结构图
内导流筒与外导流筒换热器的区别
Ⅰ、内导流筒换热器是在换热器的壳程筒体内 设置了内导流筒使换热器的前或后端未加导流 筒前难以利用换热的换热管得以充分利用，从 而增大换热器的有效换热面积。
➢ 板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度 低，密封性能差，故其应用受到了限制。因此， 在石油、化工工业中应用较多的是管壳式换热器， 它已被当成传统的换热设备来加以使用。
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、按结构分类：分为管壳式换热器和板式换热器。
1）管壳式换热器：特点是圆形的外壳中装有管束。 一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分 （称为壳程）。它可分为:浮头式换热器、U型管 式换热器、套管式换热器、固定管板式换热器等。
2）板式换热器：它是由压成各种形状的薄板组成传 热面的，冷、热两种介质分别在相邻两板之间流 动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式 换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。
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。但是壳体与管程之间的流体 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。
三、换热器的分类
换热设备的分类方法很多，现将几种常见的分 类方法介绍如下：
1、按用途分类：分为热交换器、冷凝器、蒸发器、 加热器及冷却器等五类。
1）热交换器：两种不同温度的介质进行热量交换， 使一种介质降温而另一种介质升温，以满足各自 的需要。
2）冷凝器：两种不同温度的介质进行热量交换，其 中一种介质由汽态被冷凝成液态。
以降低成本。另外，生产所得的油品或化工产品， 需要将其冷却或冷凝，以便储存和运输。以上这些 与热量有关的过程都需要使用换热设备。
使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如 果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过 换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却 水的消耗。
综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺 少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及 食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
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。
关于换热器结构原 理选型及操作
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换热器
一、概述
在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有 加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过 程。传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些 使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。据 统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备 总投资的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传 质传热过程都与热量的变化密切相关，如反应过程 中，有的要放热，有的要吸热，要维持反应的连续 进行，就必须排除多余的热量或补充所需的热量； 工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，
• 总体结构图
3）U型管式换热器
• 这种换热器不同于固定管板式和浮头式，只有一 块管板，换热管作为U字形、两端都固定在同一块 管板上；管板和壳体之间通过螺栓固定在一起。 这种换热器结构简单、造价低，管束可在壳体内 自由伸缩，无温差应力，也可将管束抽出清洗且 还省了一块管板；但U形管管内清洗困难且管子更 换也不方便，由于U形弯管半径不能太小，故与其 他管壳式换热器相比布管较少，结构不够紧凑。 它适用于冷热流体温差较大、管内走清洁不易结 垢的高温、高压、腐蚀性较大的流体的场合。
二、比较换热设备的指标 1. 效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在
单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。 2. 结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大，
比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即 传热面积与换热设备体积之比。 3. 节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是 指单位传热面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量 与传热面积之比。 4. 压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小， 节省动力、操作成本降低。 5. 要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周期 长。 ➢ 由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种 各样的换热器，以适应各种特定的工艺条件。
• 总体结构图
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，液面淹没管束，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、分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。
•总体结构图
浮头式换热器和冷凝器，可采用内导流或外导流结构， 管内均可承受高压。
内导流换热器结构图
外导流换热器结构图
内导流筒与外导流筒换热器的区别
Ⅰ、内导流筒换热器是在换热器的壳程筒体内 设置了内导流筒使换热器的前或后端未加导流 筒前难以利用换热的换热管得以充分利用，从 而增大换热器的有效换热面积。
➢ 板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度 低，密封性能差，故其应用受到了限制。因此， 在石油、化工工业中应用较多的是管壳式换热器， 它已被当成传统的换热设备来加以使用。
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、按结构分类：分为管壳式换热器和板式换热器。
1）管壳式换热器：特点是圆形的外壳中装有管束。 一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分 （称为壳程）。它可分为:浮头式换热器、U型管 式换热器、套管式换热器、固定管板式换热器等。
2）板式换热器：它是由压成各种形状的薄板组成传 热面的，冷、热两种介质分别在相邻两板之间流 动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式 换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。