换热器简介和强化换热
(完整)管壳式换热器强化传热技术概述
管壳式换热器强化传热技术概述马越中国矿业大学化工学院,江苏徐州，221116摘要:总结了近年来国内外新型管壳式换热器的研究进展，从管程、壳程、管束三方面介绍了管壳式换热器的发展历程、结构改进及强化传热机理,并与普通弓形折流板换热器进行对比，概括了各式换热器的强化传热特点。
最后指出了换热器的研究方向。
关键词:管壳式换热器；强化传热;研究方向Overview of the Shell and Tube Heat Exchangers about Heat TransferEnhancement TechnologyMA YueCUMT,Xuzhou，jiangsu，221116Abstract:Abstract : The research progress of shell and tube heat exchanger were summarized. The development structural improvement and heat transfer enhancement of the heat exchangers were introduced through three aspects e. g. tube pass shell pass and the whole tub bundle etc. Compared with the traditional segmental bame heat exchanger various types of heat exchangers'characteristics about heat transfer enhancement were epitomized。
At last，the studying directions of heat exchangers were pointed out.Key words：shell and tube heat exchanger;heat transfer enhancement；studying direction1引言《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出,到2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0。
强化传热技术及高效节能设备(华谊交流)
一、换热设备的强化传热技术
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1 换热器的强化传热技术
近20年来，石油、化工等过程工业得到了迅猛发展。 各工业部门都在大力发展大容量、高性能设备，因此要求 提供尺寸小、重量轻、换热能力大的换热设备。 特别是始于20世纪60年代的世界能源危机，加速了当 代先进换热技术和节能技术的发展。强化传热已发展成为 第二代传热技术，并已成为现代热科学中一个十分引人注 目的、蓬勃发展的研究领域。 主要介绍工业化应用的、相对比较成熟的管壳式换热 器无功强化传热技术。
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表面多孔管结构图
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表面多孔管
强化传热机制
性能曲线对比
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3.1 强化传热管元件
9） T形翅片管 T型翅片管是由光管经过滚轧加工成型的一种高效换热 管。其结构特点是在管外表面形成一系列螺旋环状T型隧道 。管外介质受热时在隧道中形成一系列的气泡核，由于在 隧道腔内处于四周受热状态，气泡核迅速膨大充满内腔， 持续受热使气泡内压力快速增大，促使气泡从管表面细缝 中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲刷力量，并产生一 定的局部负压，使周围较低温度液体涌入T型隧道，形成持 续不断的沸腾。
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3 管壳式换热器的强化传热技术
管壳式换热器的传热强化研究包括管程和壳程两侧的传 热强化研究。通过强化传热管元件与优化壳程结构实现。 3.1 强化传热管元件 改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各 种形状的插入物。改变传热面的形状有多种，其中用于强化 管程传热的有：螺旋槽纹管、横纹管、螺纹管、缩放管、旋 流管和螺旋扁管等。 另外，也可采用扰流元件，在管内装入麻花铁，螺旋圈 或金属丝片等填加物，亦可增强湍动，且有破坏层流底层的 作用。
菱形翅片管结构图
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3.1 强化传热管元件
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：
换热器的概念、特点、分类及应用
换热器的概念、特点、分类及应用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。
在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要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。
这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。
为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。
完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件；（2）结构安全可靠；（3）便于制造、安装、操作和维修；（4）经济上合理。
浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。
浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。
（也可设计成不可拆的）。
这样为检修、清洗提供了方便。
但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。
因此在安装时要特别注意其密封。
浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。
在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。
该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。
这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。
以便于进行检修、清洗。
浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。
钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。
随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。
钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。
浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。
各类换热器与强化换热简述
各类换热器与强化换热简述换热方式分类：直接接触式换热；蓄热式换热；间壁式换热；中间载热体式换热。
直接接触式换热器：两种不同温度的流体直接接触，相互混和传递热量。
特点是结构简单，传热效率高。
适于两种流体允许混和的场合。
如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。
蓄热式换热器：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，将热量传递给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。
特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。
适于高温气体热量的回收或冷却。
如回转式空气预热器。
间壁式换热器：所谓间壁式换热器是指两种温度不同的流体在固定壁面相隔的空间内流动，通过两侧流体与避免的对流换热及避免的导热而进行的热量传递的换热器。
参与换热的两种流体不会混合，传递过程连续而稳定的进行。
如各种管壳式、板式结构的换热器。
按传热面形状和结构分：管式换热器：通过管子壁面进行传热的换热器。
按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。
结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高操作压力和温度。
在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。
换热效率、结构紧凑性、单位传热面积的金属消耗等方面不如其他新型换热器。
板式换热器：通过板面进行传热的换热器。
按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。
特殊形式换热器：根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。
如回转式、热管、同流式换热器等。
蛇管式换热器：a.沉浸式蛇管结构简单，造价低廉，操作敏感性较小，管子可承受较大流体介质压力。
管外流体流速很小，因而传热系数小，传热效率低，需要的传热面积大，设备显得笨重。
常用于高压流体冷却、反应器的传热元件，容器加热。
b.喷淋式蛇管套管式换热器：结构简单，适应广，传热面弹性大；两侧流体均可提高流速，两侧传热系数高。
换热器简介
、换热器的类型一二、列管换热器基本型式三、新型换热器四、各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径1、管式换热器1）沉浸式换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在容器内的液体中。
蛇管内、外的两种流体进行热量交换。
几种常见的蛇管形式如图所示。
优点：结构简单、价格低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造缺点：容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。
2）喷淋式换热器喷淋式换热器也为蛇管式换热器，多用作冷却器。
这种换热器是将蛇管成行地固定在钢架上，热流体在管内流动，自最下管进入，由最上管流出。
冷水由最上面的淋水管流下，均匀地分布在蛇管上，并沿其两侧逐排流经下面的管子表面，最后流入水槽而排出，冷水在各排管表面上流过时，与管内流体进行热交换。
这种换热器的管外形成一层湍动程度较高的液膜，因而管外对流传热系数较大。
另外，喷淋式换热器常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量，提高了冷却效果。
因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果要好得多。
同时它还便于检修和清洗等优点。
其缺点是喷淋不易均匀。
3）套管式换热器套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。
每一段套管称为一程，每程有效长度约为4~6m，若管子过长，管中间会向下弯曲。
在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两流体可以为逆流，对传热有利。
另外，套管式换热器构造较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。
因此它较适用于流量不大，所需传热面积不多而要求压强较高的场合。
4）列管式换热器优点：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传热效果好。
能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。
在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。
管壳式换热器强化传热技术概述
管壳式换热器强化传热技术概述管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
在传统的管壳式换热器中，传热效率往往受到传热面积、换热系数、导热系数等因素的限制。
为了提高传热效率，强化传热技术应运而生。
本文将介绍管壳式换热器强化传热技术的基本原理和应用。
管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
它主要由壳体、传热管束、管板、折流板等组成。
在管壳式换热器中，两种不同的介质通过传热管束进行热量交换。
管束中的传热介质通过热对流和热传导两种方式将热量传递给管壁，管壁再将热量传递给另一种介质，从而实现两种介质之间的热量交换。
强化传热技术的原理主要包括：增加传热面积、提高换热系数、降低导热系数和增大比热容等。
这些因素共同影响着传热效率。
增加传热面积可以通过采用具有高导热系数的材料、增加传热管的数量或改变传热管的形状等方式实现。
提高换热系数可以通过改变流体的流动状态、减小流体的层流底层厚度、增加流体的湍流度等方式实现。
降低导热系数可以通过在管壁涂覆低导热系数的涂层、采用高导热系数的材料等方式实现。
增大比热容可以通过改变流体的流动速度、增加流体的浓度差等方式实现。
强化传热技术在管壳式换热器中的应用广泛，以下举几个例子：（1）蒸发：在蒸发过程中，强化传热技术可以有效地提高加热器的传热效率，减小能耗，降低生产成本。
例如，采用高频扰动技术可以增加液体的湍流度，减小传热膜系数，从而减少蒸发时间，提高蒸发效率。
（2）冷凝：在冷凝过程中，强化传热技术可以促进水蒸气与冷却水之间的热量交换，提高冷凝效率。
例如，采用细小肋片管可以增加传热面积，同时采用螺旋肋片管可以增加流体的扰动程度，减小传热膜系数，从而提高冷凝效率。
（3）受热面积增大：通过改变管束的排列方式或增加管束数量，可以增大管壳式换热器的受热面积。
采用多程管束可以增加壳程受热面积，同时采用小直径管束可以增加程数，从而进一步提高受热面积。
强化传热技术在管壳式换热器中具有广泛的应用前景，它可以有效地提高换热效率、减小能耗、降低生产成本，同时也可以延长设备的使用寿命。
换热器
1）浮头式换热器
浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。
新型浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成，其特征是：在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心，半径稍大于管束外径的梯型凹槽，且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通，而不与
结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，其行程称为管程；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，按材质分为碳钢列管式换热器，不锈钢列管式换热器和碳钢与不锈钢混合列管式换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程，传热面积1～500m2，可根据用户需要定制。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。
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：
1、换热器按传热原理可分为：
1）间壁式换热器
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。因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。
化工原理换热器
◎提高传热系数K
热阻主要集中于 较小的一侧，提高 小的一侧有效。 ◆ 降低污垢热阻 ◆ 提高表面传热系数 化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
合式换热器
化工原理换热器
列管式冷凝器
化工原理换热器
提高对流传热系数的主要途径是减少层流内 层的厚度，可通过以下达到目的：
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
板式换热器 优点
缺点
结构紧凑、体积小、重量轻。 流体湍动程度大，强化 传热效果好。 便于清洗和维修。
密封周边长，易泄漏。 承压能力低（P<2MPa）。 流动阻力大，处理量小。
化工原理换热器
（2）螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
三 换热器的传热强化
如欲强化现有传热设备，开发新型高效的传热设备，以便在较小的 设备上获得更大的生产能力和效益，成为现代工业发展的一个重要 问题。 所谓强化传热过程：就是力求用较少的传热面积或较少体积的传热 设备完成同样的传热任务以提高经济性，即提高冷、热流体间的传 热速率。
依总传热速率方程：
❖ 优点：结构简单、紧凑、能承受较高的 压力，造价低，管程清洗方便，管子损 坏时易于堵管或更换。
❖ 缺点：当管束与壳体的壁温或材料的线 膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将 产生较大的热应力。
化工原理换热器
化工原理换热器
固定管板式换热器
❖ 应用： ❖ 这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易
结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差 不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。 为减少热应力，通常在固定管板式换热 器中设置柔性元件伯膨胀节、挠性管板 等人来吸收热膨胀差。
换热器简介与强化换热
主要内容
引言
换热器分类
常见换热器介绍 强化换热
13
1.固定管板式换热器
1.挡板 2.补偿圈 3.放气嘴
它是将两端管板和壳体连接在一起，因而具有结构简单， 造价低廉的优点，但由于壳程清洗和检修困难，管外物料 应清洁、不易结垢 。对温差稍大时可在壳体的适当部位焊 上补偿圈(或称膨胀节)，通过补偿圈发生弹性变形适应外壳 和管束不同的膨胀程度，如图示。这种补偿方法简单但有 限，只适用于两流体温差小于70℃，壳程流体压强小于 0.6MPa的场合。
国内外发展概况
• 国内 为了提高换热器的传热系数，强化传热 效率，国内外出现了多种强化元件及 强化措施，主要包括在换热器中使用 螺旋槽管、横纹管、缩放管、波纹管 、大导程多头沟槽管、整体双面螺旋 翅片管等扩展表面的方法。另外，在 利用处理表面法、粗糙表面法的强化 传热技术方面也有了一定的研究。
国内外发展概况
(2)增加流动的扰动，减薄层流底层。 如在异形管内流动或在管内设置添 加物，采用波纹状或粗糙面等，使 流动方向和大小不断改变等，都可 提高对流传热强度； (3)利用传热进口段换热较强的特征， 采用短管换热器，利用机械或电的 方法使传热面或流体产生振动，采 用射流方法造成喷射传热面等。
国内外发展概况
6.翅片管式换热器
它是在管的表面上加装一定形式的翅 片，有横向和纵向两类。 翅片管换热器主要用于两种流体的对 流传热系数相差较大时，在h小的一侧 加装翅片，从而增大传热面积，提高流 体的湍动程度，以提高对流传热系数。
8.板式换热器
为了使换热器结构更为紧凑，提高单 位体积的传热面积，增加传热效果，以 及适应某些工艺过程的需要等，开发了 以板状作为传热面积的换热器，称为板 式换热器。
换热器的强化传热
换热器的强化传热摘要：所谓换热器传热强化或增强传热是指通过对影响传热的各种因素的分析与计算，采取某些技术措施以提高换热设备的传热量或者在满足原有传热量条件下，使它的体积缩小。
换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热面积（F）；加大传热温差；提高传热系数（K）提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高技能换热设备[1]。
这可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高[2]。
换热器的开发与研究成为人关注的课题。
大量的强化传热技术应用于工业装置，我国换热器产业在技术水平上获得了快速提升，板式换热器日渐崛起。
与此同时，近几年,我国在大型管壳式换热器、大直径螺纹锁紧环高压换热器、高效节能板壳式换热器、大型板式空气预热器方面也获得了重大突破[3]。
国外在换热器的强化传热研究、强化传热元件开发、新型壳程结构设计中也有了突破性的进展[4]关键词: 换热器; 节能减排; 强化传热；结构；优化；优化设计1 换热器强化传热的方式1.1 扩展传热面积F扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最简单的一种方法。
在扩展换热器传热面积的过程中，如果简单的通过单一地扩大设备体积来增加传热面积或增加设备台数来增强传热量，不光需要增加设备投资，设备占地面积大、同时，对传热效果的增强作用也不明显，这种方法现在已经淘汰。
现在使用最多的是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的，如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料，通过这些材料的使用，单台设备的单位体积的传热面积会明显提高，充分达到换热设备高效、紧凑的目的。
1.2 加大传热温差Δt加大换热器传热温差Δt是加强换热器换热效果常用的措施之一。
在换热器使用过程中，提高辐射采暖板管内蒸汽的压力，提高热水采暖的热水温度，冷凝器冷却水用温度较低的深井水代替自来水，空气冷却器中降低冷却水的温度等，都可以直接增加换热器传热温差Δt。
换热器简介
02
将纳米涂层涂覆在换热器表面，提高换热器的传热性能和抗腐
蚀能力。
纳米强化工艺
03
采用纳米强化工艺，提高换热器的强度和韧性，同时提高设备
的传热效率。
智能化与自动化换热器
智能化控制
采用智能化控制技术，实现换热器的自动化控制和远程监控。
自动化技术
利用自动化技术，实现换热器的自动启停、自动调节温度和自动 清洗等功能。
需要考虑工艺流程中的流体种 类、流量、温度等参数。
操作条件
需要考虑操作压力、腐蚀性等 条件。
设备成本
需要考虑设备购置成本、运行 维护费用等因素。
可靠性
需要考虑设备的可靠性、使用 寿命等因素。
05
换热器材质与性能要求
常用换热器材质
碳钢
具有较高的强度和耐腐蚀性， 价格低廉，广泛应用于石油、
化工等领域。
石油和天然气工业
在石油和天然气工业中， 换热器可用于加热或冷却 原油、天然气等，以满足 工业生产的需求。
电力工业
在电力工业中，换热器可 用于加热或冷却蒸汽、水 等，以满足发电机的需求 。
空调系统中的应用
家庭空调
换热器可用于家庭空调系统，实 现室内空气的加热或冷却。
商业空调
换热器可用于商业空调系统，为 建筑物提供舒适的室内环境。
紧凑型换热器
紧凑型换热器
体积小、重量轻、易于安装和维护。
小型化设计
通过优化设计，减小换热器的体积和重量，提高设备的紧凑性。
高压化技术
采用高压容器和管道，减小设备的体积和重量，同时提高设备的传 热效率。
纳米强化换热器
纳米材料的应用
01
利用纳米材料的优异性能，提高换热器的传热性能和耐腐蚀
传热学-第七章换热器
1
qmc min qmc max
exp（
NTU）1
qmc min qmc max
第七章 换热器
当冷热流体之一发生相变时，即 qmc max 趋于无穷大
时，于是上面效能公式可简化为
1 exp NTU
当两种流体的热容相等时， 公式可以简化为
顺流：
逆流：
1 exp 2NTU
第七章 换热器
a、增加流速 增加流速可改变流态，提高紊流强度。
b、流道中加插入物增强扰动
在管内或管外加进插入物，如金属丝、 金属螺旋环、盘片、麻花铁、翼形物，以及 将传热面做成波纹状等措施都可增强扰动、 破坏流动边界层，增强传热。
第七章 换热器
c、采用旋转流动装臵 在流道进口装涡流发生器，使流体在一
（3）由冷、热流体的4个进、出口温度确定平均温
差，计算时要注意保持修正系数 具有合适
的数值。
（4）由传热方程求出所需要的换热面积 A，并核算
换热面两侧有流体的流动阻力。 （5）如流动阻力过大，改变方案重新设计。
第七章 换热器
对于校核计算具体计算步骤：
（1）先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计 算另一个出口温度
第七章 换热器
7.1 换热器简介 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装置统称换热器。
分为间壁式、混合式及蓄热式（或称回热 式）三大类。
第七章 换热器
1、间壁式换热器的主要型式 （1）套管式换热器
图7-1 套管式换热器
适用于传热量不大或流体流量不大的情形。
第七章 换热器
（2）壳管式换热器 这是间壁式换热器的一种主要形式，又
(t1
t2
)
换热器的强化传热技术综述
化工原理换热器的强化传热技术综述班级：卓越11-2班姓名：1.化工行业能源现状简介1.1中国石油化工发展概述经过几十年的发展，我国石油化工的生产规模已逐渐扩大，自动化水平也有较高发展，是中国的支柱产业之一，也是保证国民经济稳定持续发展重要要素之一。
但是由于在研发新产品和技术创新方面有所欠缺，石油化工产品结构不合理，发生供过于求或资源浪费的现象，针对目前石油化工产业发展情况，需要掌握更多先进生产技术，优化生产设备的配置，提高产品的产出率和资源的循环利用。
本文就石油化工行业中最为常见的设备——换热器来探讨一下能量的利用过程中如何来提高其利用率。
1.2换热器强化传热技术研究的必要性由于温室效应导致全球气候变暖，为了改善我们的环境，需要我们节能减排，单位GDP所消耗的能量减少，而整个石化行业又是我们国家的一个耗能大户，所以我们需要对整个化工生产中的热量进行合理配置。
这对于节约能源和保护环境都有重要的意义强化传热技术是采用强化传热元件，对换热器的结构进行改进，从而提高传热效率同时提高余热利用率，以期达到最优生产目的先进技术。
换热器是保证石油化工生产和石油炼制的生产和加工过程能正常进行的重要设备之一。
石油化工生产过程中会有大量的余热产生，通过应用强化传热技术，使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最大量，这就可以高效回收生产过程中的余热，并且加以充分利用，达到循环利用资源的目的。
2.换热器强化传热的途径2.1理论依据根据总传热速率方程Q=KAΔt m可知，要想强化换热器的传热过程，我们可以从三个方面入手，提高传热系数K，提高传热推动力Δt m，增大传热面积A。
2.2换热器结构的改进2.2.1传热管的表面结构处理2.2.1.1无相变传热无相变传热是指在对流换热中不发生蒸汽凝结或液体沸腾的换热过程。
工业生产中, 主要应用的异形管有: 螺旋槽管、旋流管、波纹管、缩放管、横纹管、螺旋椭圆扁管、变截面管、内肋管等。
换热器基础知识
05
换热器的维护与保养
使用注意事项
定期检查
在使用过程中，应定期 检查换热器的运行状况， 包括温度、压力、流量 等参数，以及换热器的 外观是否有异常。
避免超载
避免长时间高负荷运行， 以防换热器过热或损坏。
保持清洁
保持换热器周围环境的 清洁，防止杂物和污垢 进入换热器内部，影响 其散热效果和使用寿命。
03
热传导的速率与物体的导热系 数、温度差和物体厚度等因素 有关。
对流换热
对流换热是指流体与固体表面之间的 热量传递过程。
对流换热的强度取决于流体的流动速 度、流体与固体表面的温差、流体的 物理性质以及固体表面的特性等因素。
在对流换热过程中，流体与固体表面 之间的温差会导致流体的流动，流动 的流体将热量带走或带入物体表面。
清洗与保养
定期清洗
根据使用情况定期清洗换热器，清除内部的污垢和杂质， 保持其散热性能和使用寿命。
更换密封件
定期检查并更换换热器的密封件，以确保其密封性能良好， 防止泄漏。
涂防锈涂料
对于金属材质的换热器，可以在其表面涂防锈涂料，以防 止锈蚀和氧化。
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在传热过程中，热量会从温度高的区域流向温度低的区域，直到达到热平衡状态。
传热过程可以通过导热、对流和辐射等方式进行。
热传导
01
热传导是指物体内部或物体之 间直接接触时，热量从高温部 分传递到低温部分的过程。
02
热传导的机制主要是由于物体 内部微观粒子运动速度不同， 导致热量从高速运动的区域流 向低速运动的区域。
常见故障及排除方法
01
换热器泄漏
如果发现换热器有泄漏现象，应立即停机检查，找出泄漏原因并修复。
2024换热器ppt课件
•换热器基本概念与分类•换热器结构与工作原理•换热器性能评价指标及方法•换热器选材与制造工艺目录•换热器安装调试与维护保养•换热器在节能减排中应用01换热器基本概念与分类换热器定义及作用定义作用换热器发展历程近代换热器早期换热器随着工业的发展，对换热器的传热效率和性能要求越来越高，出现了各种新型、高效的换热器。
现代换热器管壳式换热器板式换热器螺旋板式换热器热管式换热器常见类型及其特点应用领域与市场前景应用领域市场前景02换热器结构与工作原理主要组成部分介绍01020304换热管管板折流板/支撑板壳体工作原理简述换热管内的流体与管外的流体通过管壁进行热量折流板热量通过固体壁面（如换热管壁）从高温侧传递到低温侧。
热传导流体流过固体表面时，与固体表面发生热量交换。
对流换热在高温环境下，物体通过电磁波的形式向外发射热量。
辐射传热传热过程分析010204流体动力学特性流体在换热器内的流动状态（层流或湍流）影响传热效果。
折流板/支撑板的形状和位置对流体流动和传热有重要影响。
换热器的进出口位置和连接方式也会影响流体的分布和流动状态。
流体的物理性质（如密度、粘度、导热系数等）对传热效果有直接影响。
0303换热器性能评价指标及方法换热效率衡量换热器在单位时间内传递热量的能力，是评价换热器性能的重要指标。
压力损失流体在换热器内流动时产生的压力降，直接影响系统的能耗和运行成本。
换热面积有效传热面积的大小直接影响换热器的传热效率，是设计和选型的关键参数。
结构紧凑性紧凑的换热器结构有利于减小设备体积和重量，提高空间利用率。
性能评价指标概述实验测试方法介绍热平衡法压差法红外热像仪检测流体可视化实验数值模拟技术应用计算流体力学（CFD）模拟利用CFD软件对换热器内流体流动和传热过程进行数值模拟，预测性能并优化设计方案。
有限元分析（FEA）应用FEA方法对换热器结构进行力学分析和热应力计算，确保设备安全可靠。
多物理场耦合模拟考虑多种物理场（如流场、温度场、应力场等）之间的相互作用和影响，提高模拟精度和可靠性。
换热器综述5篇
换热器综述5篇第一篇：换热器综述换热器的综述前言随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。
在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。
换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。
换热器组内的传热过程目的一般可以分为两类: 一类是为了热功转换, 另一类是为了加热或者冷却物体.相应地, 传热过程也包含熵产最小以及火积耗散极大这两种不同的优化原理.通过分析换热器组内的传热过程, 并在一定约束条件下利用不同的原理对换热器组的面积分配进行优化, 得出熵产最小原理适用于包含在热力循环中的换热器优化问题, 而火积耗散极大原理则更适合分析仅涉及传热过程的换热器优化问题.并且, 在使用熵产最小原理优化热力循环中的换热器时, 除了需要考虑冷、热端换热器产生的熵产外, 也应考虑乏汽排放到外部环境引起的熵产.在换热器的设计中，很多因素都将影响到换热器的设计是否优化合理、安全可靠，是否能正常运转、高效耐用。
本文通过对管壳式换热器设计的综述，增强对换热器设计环节的重视与考虑，使设计更加准确、完善。
一、换热器 1.1换热器的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。
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
换热器被应用于超过 80%的能源利用系统, 它是热能和化工等工程领域中最重要的设备之一.因此, 提高换热器的换热性能通常被认为是提高能源利用效率的关键因素之一.经过长期的不懈努力,科研人员已经提出了多种不同的主动/被动式强化换热技术来提高换热性能。
在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要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。
这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。
列管式换热器强化换热系统
列管式换热器强化换热系统如何运作，它的换热效果如何？这些是任何一个从事电工、化工、冶金等行业的人士所需要了解的问题。
而随着近年来，其生产技术的不断创新和发展，目前，市面上涌现了众多的生产厂家，而我们在选择的时候，需要详细的了解一下，下面高和就为大家详细的介绍下，希望对你有所帮助。
管壳式换热器亦称为“列管式换热器”，它是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
列管式换热器的特点是单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，适应性强及处理能力大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。
其在凝汽器换热器内加装固定式扰流子，将直接大幅度增加管内层流层面积，因扰流作用产生的温度场优化效果因此而被弱化，固定式扰流子的材质通常为金属，不论表面经过如何处理，长期使用过程中，不可避免会与换热管内壁发生电化学腐蚀，降低凝汽器使用寿命。
而现如今，可采用列管式换热器强化系统来进行。
在每根换热管里满管安装，全覆盖，无死角，在线连续清洗和强化换热同步实现，既保证了换热管始终干净无垢，又大大增强了换热管内壁对流换热能力，使凝汽器整体换热效果增强，远高于换热管为光管时状态，即设计状态。
在运行中因受到循环水冲刷和螺旋线型前进的水流的双向反作用力相互作用，一直在换热管轴心附近高速旋转并不停地小幅度高频率摆振，拥有较强自清洁能力。
此外，还免除了胶球清洗装置人工操作的随意性和能耗，减少加药量，减轻换热管垢下腐蚀，免除头疼的停机清洗工作，持续经济效益巨大，相较于传统胶球清洗系统有很大优势。
RCCS-列管式换热器强化换热系统的核心是围绕设备及系统的运行管理推出一整套系统解决方案。
目前，主要运用于水泥行业余热发电方面。
目前国内自动除垢换热系统（自转螺旋纽带）的应用已很普遍，效果显著。
该技术于2008年已收录国家发改委《国家重点节能技术推广目录（第一批）》。
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每段套管称为一程，长约 4～ 6m，每程的内管依次与下一 程的内管用 U 型弯头连接，外管之间也由管子连通，可同 时几排并列，每排与总管相连。换热时一种流体走管内， 另一种流体走环隙，而且两种流体可始终保持逆流换热， Δtm 大。适当选择两管的直径，两流体可得到较高的流速， 故一般具有较高的传热系数。其优点是结构简单，能耐高 压，传热面积易于增减；缺点是设备结构不紧凑，金属耗 用量大，一般用于换热量不大的场合。
在两块平行薄金属之间，夹入波纹状或其它形状的翅片，两边以侧条密封，即组 成为一个换热单元体。将各单元体进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定， 成为并流、逆流、错流的板束(或称蕊部)。然后再将带有流体进出口接管的集流箱 焊在板束上，即成为板翅式换热器。常用的翅片为光直型、锯齿型和多孔型三种 型式。 板翅式换热器一般用铝合金制造，结构紧凑、轻巧，单位体积传热面积可达到 2500～4000m2/m3，传热系数高，空气的对流传热系数可达到350W/m2· K，承压 可达5MPa。但容易堵塞，清洗困难，不易检修，适用于清洁和无腐蚀性流体的换 热。现已在石油化工、气体分离等工业中得到应用。
6.翅片管式换热器
它是在管的表面上加装一定形式的翅 片，有横向和纵向两类。 翅片管换热器主要用于两种流体的对 流传热系数相差较大时，在h小的一侧 加装翅片，从而增大传热面积，提高流 体的湍动程度，以提高对流传热系数。
8.板式换热器
为了使换热器结构更为紧凑，提高单 位体积的传热面积，增加传热效果，以 及适应某些工艺过程的需要等，开发了 以板状作为传热面积的换热器，称为板 式换热器。
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， 将热量传递给冷流体，蓄热体 温度下降，从而达到换热的目 的。特点是结构简单，可耐高 温，体积庞大，不能完全避免 两种流体的混和。 适于高温气体热量的回收或 冷却。如回转式空气预热器。
热流体 冷流体
热流体
冷流体
3.间壁式换热器
平板式换热器
9.螺旋板式换热器
它是由两张互相平行的 薄金属板，卷制成同心 的螺旋形通道。在其中 央设置隔板将两通道隔 开，两板间焊有定距柱 以维持通道间距，螺旋 板两侧焊有盖板和接管。 两流体分别在两通道内 流动，通过螺旋板进行 换热。
10.
板翅式换热器的结构型 式很多，但是基本结构 是由平行隔板和各种型 式的翅片构成的板束组 装而成，如图示。
3
主要内容
引言
换热器分类
常见换热器介绍 强化换热
4
按作用原理分：
直接接触式换热器
蓄热式换热器
间壁式换热器
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1.直接接触式换热器
两种不同温度的流体直接 接触，相互混和传递热量。 特点是结构简单，传热效 率高。 适于两种流体允许混和的 场合。如凉水塔、洗涤塔、 文氏管及喷射冷凝器等。
热流体
冷流体
2.蓄热式换热器
它是将每根管子都弯成U型状，两端固定在同一 管板的两侧，管板用隔板分成两室，如图示。这种 结构使得每根管子可以自由伸缩，与其它管子和壳 体无关，从而解决了热补偿问题。这种换热器结构 简单，可用于高温高压，但管程不易清洗，而且因 管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率低。
4.蛇管式换热器
4.1.
蛇管多以金属管弯绕而成，或制 成适应各种容器需要的形状，沉 浸在容器中。两种流体分别在管 内外流动通过蛇管表面进行换热， 如图所示。其优点是结构简单， 制造方便，能承受高压，可用耐 腐蚀材料制造。缺点是容器内液 体湍动程度低，管外对流传热系 数小，传热效果可通过增设搅拌 提高，此外传热面积有限，主要 用于传热量不大的容器中。
换热器简介和强化换热
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主要内容
引言
换热器分类
常见换热器介绍 强化换热
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引言—换热器的重要作用
据资料统计，在现代石油化工 企业中，换热器的投资约占装 置建设总投资 30% ～ 40% ，世 界各国不断地从事对新型高效 换热设备的研究，以期提高热 能利用率，不断降低对天然能 源的消耗，因此，换热器在减 少企业的建设投资及提高企业 的经济效益方面具有重要影响 。迫切需要研究各种高效能紧 凑节能型的换热器。
4.2喷淋式蛇管换热器
如图示，将蛇管成排地固定在支架上，水由最 上层管的喷淋装置中均匀淋下，沿管表面流过， 与管内热流体换热。其优点是传热效果较沉浸 式好，传热面积大而且可以改变，检修和清洗 方便。缺点是喷淋不易均匀。 主要用于管内流体的冷却，常设置在室外空气 流通处。
5.套管式换热器
将两种直径不同的 直管制成同心套管， 根据换热要求将若 干段套管连接组合 而成，如图示。
2.浮头式换热器
1.管程隔板 2.壳程隔板 3.浮头
它是将一端管板与壳体相连，而另一端管板不与壳体固 定连接，可以沿轴向自由浮动，如图示。这种结构不但可 完全消除热应力，而且在清洗和检修时整个管束可以从壳 体中抽出。因而尽管其结构复杂，造价高，但应用较为普 遍。
3.U型管式换热器
1.U形管 2.壳程隔板 3.管程隔常见换热器介绍 强化换热
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1.固定管板式换热器
1.挡板 2.补偿圈 3.放气嘴
它是将两端管板和壳体连接在一起，因而具有结构简单， 造价低廉的优点，但由于壳程清洗和检修困难，管外物料 应清洁、不易结垢 。对温差稍大时可在壳体的适当部位焊 上补偿圈(或称膨胀节)，通过补偿圈发生弹性变形适应外壳 和管束不同的膨胀程度，如图示。这种补偿方法简单但有 限，只适用于两流体温差小于70℃，壳程流体压强小于 0.6MPa的场合。
按所用材料分
金属材料换热器 非金属材料换热器
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按所用材料分
1.金属材料换热器 由金属材料加工制成的换热器。常用的材 料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合 金、钛及钛合金等。因金属材料导热系数大， 故此类换热器的传热效率高。 2.非金属材料换热器 有非金属材料制成的换热器。常用的材料 有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材 料导热系数较小，故此类换热器的传热效率 较低。常用于具有腐蚀性的物系。
所谓间壁式换热器是指两种温度不同的流体在 固定壁面相隔的空间内流动，通过两侧流体与避 免的对流换热及避免的导热而进行的热量传递的 换热器。参与换热的两种流体不会混合，传递过 程连续而稳定的进行。 如各种管壳式、板式结构的换热器。
按传热面形状和结构分
管式换热器
板式换热器
特殊形式换热器
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1.管式换热器 通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结 构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管 式换热器、翅片式换热器等。应用最广。 2.板式换热器 通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形 式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热 器等。 3.特殊形式换热器 根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热 器。如回转式、热管、同流式换热器等。