换热器课件

原理与操作
传热的方式
1热传导 2热对流 3热辐射
换热器
概述
在化工生产中，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， 在化工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，
3）蒸发器（再沸器）：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。
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:1.浮头式换热器、2.U型管式 换热器、3.套管式换热器、4.固定管板式换热器4. 填料函式换热器等。 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）蓄热式换热器 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。
3）流体连接间接式换热器 流体连接间接式换热器，是把两个表面式换 热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器， 热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环， 在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热 量释放给低温流体。
以降低成本。另外，生产所得的化工产品，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。


容易结垢的流体在固定管板式和浮头式换热器中 走管程，在U形管式换热器中走壳程，这样便于清 洗和除垢；若是在冷却器中，一般是冷却水走管 程、被冷却流体走壳程。 流体的流向对传热也有较大的影响，为充分利用 同一介质冷热对流的原理，以提高传热效率和减 少动力消耗，无论管程还是壳程，当流体被加热 或蒸发时，流向应由下向上；当流体被冷却或冷 凝时应由上向下。
折流板 折流板是设置在壳体内与管束垂直的弓形或圆盘 －圆环形平板，如图所示。安装折流板迫使壳程流体 按照规定的路径多次横向穿过管束，既提高了流速又 增加了湍流速度，改善了传热效果，在卧式换热器中 折流板还可起到支撑管束的作用。但在冷凝器中，由 于冷凝传热系数与蒸汽在设备中的流动状态无关，因 此不需要设置折流板。
②末端温差小：板式换热器两种流体可实现纯逆 流。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。板式换热器由于可实现温度交叉， 末端温差可达到1 ℃；管壳式换热器不能实现温 度交叉(即二次侧出口温度不能高于一次侧的出 口温度)，末端温差只能达到5℃。 ③污垢系数低：板式换热器内的流体由于剧烈湍 动造成对板面的冲刷，同时不锈钢换热面光滑， 杂质不易沉积；因此，板式换热器的污垢系数远 低于管壳式换热器。板式换热器的污垢系数约为 管壳式换热器的1/10。
3、换热器型号的表示方法
现举例说明 浮头式换热器 平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为 1.6MPa，公称换热面积54㎡，较高级冷拔换热管外径 25mm，管长6m，4管程单壳程的浮头式换热器，其型号 为： AES500-1.6-54-6/25-4Ⅰ

固定管板式换热器 封头管箱，公称直径700mm，管程设计压力2.5MPa，壳程 设计压力1.6MPa，公称换热面积200 ㎡，较高级冷拔换热 管外径25mm,管长9m，4管程单壳程的固定管板式换热器， 其型号为： BEM700-2.5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。
板式换热器 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金
4）直接接触式换热器 直接接触式换热器是两种流体直接接触 进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷 凝器等。
2、按用途分类 分为热交换器、冷凝器、蒸发器（再沸器）、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。 。

U型管式换热器 封头管箱，公称直径500mm，管程设计压力4.0MPa，壳 程设计压力1.6MPa，公称换热面积75 ㎡，较高级冷拔换热 管外径19mm,管长6m，2管程单壳程的U型管式换热器，其 型号为： BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2 Ⅰ Ⅱ

釜式重沸器 平盖管箱，管箱内直径600mm，圆筒内直径1200mm，管 程设计压力2.5MPa，壳程设计压力1.0MPa，公称换热面积 90㎡，普通级冷拔换热管外径25mm,管长6m，2管程釜式 重沸器，其型号为： AKT-600/1200-2.5/1.0-90-6/25-2Ⅱ
两管程单壳程
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。
换热器的原理
概念
利用温度差将热流体的部分热量传递给冷流体的设备称为 换热器
原理
在一个密闭容器中有管道穿过，分为管程和壳程，由于管 程流体和壳程流体的温度差，热量通过管壁由高温传导到 低温流体，从而达到换热的目的
作用
加热原料、冷却产品、回收余热
换热器的分类 1、按传热原理分
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。 表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式 的换热器
属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片
之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。，
是一种传热效率高，占地面积小，重量轻、结构
紧凑、维修、检修、安装较方便的换热器。板片
间采用胶垫密封或焊接。
（1）、板式换热器的优点 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2-5倍。主要原 因是流体在管壳式换热器的壳程中流动时存在 着折流板-壳体、折流板-换热管、管束-壳体之 间的旁路，通过这些旁路的流体，没有充分参 与换热。而板式换热器，不存在旁路，而且板 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，故能获得较高的传热系数。
(2)板式换热器的缺点 ①承压能力相对较低焊接板式换热器是一种新 产品，结构还未定型，受压元件的计算仍在探 讨之中。目前还没有成熟的设计标准。按目前 的制造水平板式换热器的最高工作压力约为 4MPa。 ②不宜用于易堵塞通道的介质板式换热器的 板间通道较窄，一般为3～8mm，当换热介质中 含有较大的固体颗粒或纤维物质时，就容易堵 塞板间通道。对这种换热场合采用焊接板式换 热器是不适宜的。
•总体结构图
2）固定管板式换热器 固定管板式换热器是结构最为简单的管壳式换热 器，它的传热管束两端管板是直接与壳体连成一 体的，壳体上安装有应力补偿圈，能够在固定管 板式换热器内部温差较大时减小热应力。固定管 板式换热器的热应力补偿较小，不能适应温差较 大的工作。

总体结构图
双程列管式换热器
④压降低：板式换热器板片相互叠放，不存在 传统管式换热器管间距的限制，因此板式换热 器具有较大的流通面积，一般情况下，在相同 换热面积时板式换热器流通面积比管式换热器 大5倍，而且板的表面光滑，因而可降低压力损 失。 ⑤结构紧凑：由于板式空冷器单板换热面积大， 同时就紧凑度指标而言，板式换热器 紧凑度约为220m2/m3，远大于列管式换热器的 78m2/m3。在换热量相同时，板式换热器所需 的换热面积比管壳式换热器小，其重量约为管 壳式的1/5。板式换热器的占地面积是管壳式换 热器的1/5～1/10。
正确开停： 为了延长换热器寿命和保证平稳操作，必须正确 地开停和切换换热器，使用和切换时应先通冷流 （油、水）后通热流（油、水蒸汽）同时打开放 空阀排除换热器内气体后关闭放空阀。停换热器 时，先关热流，后关冷流，同时进行扫线排空操 作。总之，开时先开冷后开热；关时先关热后关 冷，其目的都是为了使换热器逐渐升温（或降 温），避免由于突然升温（或降温）而使换热器 热胀冷缩，引起泄漏或遭到破坏。

浮头式冷凝器 封头管箱，公称直径1200mm，管程设计压力2.5MPa，壳 程设计压力1.0MPa，公称换热面积610㎡，普通级冷拔换 热管外径25mm,管长9m，4管程单壳程的浮头式冷凝器， 其型号为： BJS1200-2.5/1.0-610-9/25-4 Ⅱ Ⅱ
换热器的一些原件
换热管 换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两 介质之间热量的交换。 换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正三角 形、正方形和转角正方形等。如图所示。三角形排管 多，结构紧凑，但管外清洗不方便；正方形排管少， 结构不够紧凑，但管外清洗较方便。一般在固定管板 式换热器中多用三角形排列，浮头式换热器多用正方 形排列。