工业传热过程机理与传热安全分析(正式版)

文件编号：TP-AR-L8703

In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.

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工业传热过程机理与传

热安全分析(正式版)

工业传热过程机理与传热安全分析

(正式版)

使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。

一、传热过程机理分析

根据传热的机理的不同，热量传递有3种基本方

式：热传导、热对流、热辐射。传热可依靠其中一种

或几种方式进行。不管以何种方式传热，热量自发传

递的方向总是由高温处向低温处传递的。

热传导又称为导热，是由于物质的分子、原子或

电子的热运动或振动，使热量从物体的高温部分向低

温部分传递的过程。任何紧密接触的物体，不论其内

部有无质点的相对运动，只要存在温度差，就必然发

生热传导。可见热传导不但发生在固体中，而且也是

流体内的一种传热方式。气体、液体、固体的热传导不但发生在固体中，而且也是流体内的一种传热方式。气体、液体、固体的热传导进行的机理各不相同。在气体中，热传导是由不规则的分子热运动引起的；在大部分液体和不良导体的固体中，热传导是由分子或晶格的振动传递动量来实现的。因此，良好的导电体也是良好的导热体。热传导不能在真空中进行。

热对流是指流体中质点发生相对运动而引起的热量传递。热对流仅发生在流体中。由于引起流体质点相对运动的原因不同，对流又可分为强制对流和自然对流。由于外力(泵、风机、搅拌器等作用)而引起的质点运动，称为强制对流；由于流体内部各部分温度的不同而产生密度的差异，使流体质点发生相对运动，称为自然对流。在流体发生强制对流时，往往伴

随着自然对流。但一般强制对流的强度比自然对流强度大得多。

流体中发生对流传热时，导热是不能避免的，通常把流体与固体壁面间的热量传递称之为对流传热(或给热)。

因热的原因物体发出辐射能的过程，称为热辐射。它是一种通过电磁波传递能量的方法。具体地说，物体将热能转变成辐射能，以电磁波的形式在空气中进行传送，当遇到另一个能吸收辐射能的物体时，即被其部分或全部吸收，并转变为热能。辐射传热就是不同物体间相互辐射和吸收能量的总结果。可知，辐射传热不仅是能量传递，同时还伴有能量形式的转换。热辐射不需要任何媒介，换言之，可以在真空中传播，这是热辐射不同于其他传热方式的另一特点。应予指出，只有物体温度较高时，辐射传热才能

成为主要的传热方式。

实际上，传热过程往往不是以某种传热方式单独出现，而是以两种或三种传热方式的组合。例如生产中普遍使用的间壁式换热器中的传热，主要是以热对流和热传导相结合的方式进行的。下面将结合实际生产情况对传导传热、对流传热和辐射传热分别介绍。

化工生产中的热交换通常发生在两流体之间。在换热过程中，温度较高放出热量的流体称为热流体，温度较低吸收热量的流体称为冷流体。同时，根据换热目的的不同，热流体(或冷流体)又有其他的名称。若换热的目的是为了将冷流体加热，此时热流体称为加热剂，常见的加热剂有水蒸气(一般也称为加热蒸汽)等；若换热的目的是为了将热流体冷却(或冷凝)，此时冷流体称为冷却剂(或冷凝剂)，常见的冷却剂(或冷凝剂)有冷水、冷冻盐水和空气等。

二、典型换热过程安全分析

在工业生产中，要实现热量交换的设备称为热量交换器，简称为换热器。根据换热器换热的方法的不同，通常有如下几种类型。

(一) 几种典型换热方式

(1)间壁式换热间壁式换热是指在间壁式换热器进行的换热，间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在此类换热器中，需要进行热量交换的两流体被无数固体壁面分开，互不接触，热量由热流体(放出热量)通过壁面传给冷流体(吸收热量)。该类换热器的特点是两流体进行了换热而不混合。生产中通常要求两流体进行换热时不能有丝毫混合，因此，间壁式换热器应用最广，形式多样，各种管式和板式结构的换热器均属此类。

(2)直接接触式换热直接接触式换热是指在直

接接触式换热器进行换热，直接接触式换热器又称为混合式换热器。在此类换热器中，两流体直接接触，相互混合进行换热。该类型换热器结构简单，传热效率高，适用于两流体允许混合的场合。常见的这类换热器有凉水塔、洗涤塔、喷射冷凝器等。

(3)蓄热式换热蓄热式换热是指在蓄热式换热器进行的换热，蓄热式换热器又称为回流式换热器。这种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。热、冷流体交替进入换热器，热流体将热量储存在蓄热体中，然后由冷流体全取走，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备庞大，效率低，且不能完全避免两流体的混合，如石油化工中的蓄热式裂解炉。

(二) 典型换热器安全设计分析

前已述及，根据换热方法的不同，有3种类型的换热器，其中以间壁式换热器应用最广。为便于结合工程实际讨论传热的基本原理及应用，先简单介绍两种典型的间壁式换热器。如图9—1所示，套管换热器是由两个直径不同的同心圆管套在一起而构成的。一种流体在管内流动，另一种流体在环隙中流动，通过同管壁面进行热量交换，因此内管壁面面积即为传热面积。

如图9—2所示，为一固定管板式列管换热器，主要由壳体、封头、管束、管板等部件构成。操作时一种流体由封头上的接管3进入器内，经封头与管板间的空间(分配室)分配至各管内，流过管束后，从另一端封头上的接管4流出换热器。另一种流体由壳体上的接管3流人，壳体内装有若干块折流挡板7，流