换热器结构设计

板 式 换 热 器
板式换热器的零部件组成
板式换热器
结构紧凑、体积小、重量轻。
优点
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。
缺点
承压能力低（P<2MPa）。 流动阻力大，处理量小。
板翅式换热器
板翅式换热器 优点
结构紧凑、体积小、重量轻。 传热面积大，传热效率高。 翅片间距小，易堵塞。
固定费用
费用
操作费用 检修费用 流速
工艺参数
传热系数
运行周期
直接接触式换热器
换 热 设 备 的 类 型
蓄热（回热）式换热器 间壁式换热器 （表面式换热器）
中间载热体式换热器
直接接触式换热器
蓄热式换热器
间壁式换热器
中间载热体式换热器
蛇管式 管式换热器套管式 管壳式 缠绕管式 螺旋板式 板式 间壁式换热器板面式换热器板翅式 板壳式 伞板式 石墨换热器 其它型式换热器 聚四氟乙烯换热器 热管换热器
釜式重沸器
管壳式换热器 结构设计
管程结构
换热管的规格
换 热 管 规 格
换热管 排列方式
管间距应考虑使管桥具有一定的 强度和稳定性，同时便于清洗。
要求：
中心距 P≥1.25d0
换热管的选用：
（1）我国管壳式换热器标准规定采用无缝钢管作为换热管， 主 要 规 格 有 （ 外 径 × 壁 厚 ） ： φ19×2.0；φ25×2.5； φ38×2.5；φ57×3.5等； （2）换热管长度可根据工艺计算确定，但应考虑管材的合 理使用。我国轧制钢管长度系列一般为： 1.5m、2.0m、 3.0m、 4.5m、 6.0m、9.0m等。 （3）换热管排列方式考虑原则：使换热管在换热器横截面 上均匀而紧凑地分布，同时应考虑流体的性质及结构设计 等方面的问题，如管束是否分程、是否有纵向隔板等。 （4）管子在管板上要保证一定的管间距
缺点：
（1）壳程不能用机械方法清洗，
应走清洁流体。 （2）不设膨胀节时，管、壳程
可能产生较大的温差应力。
浮头式换热器
浮头结构
浮头管板
钩圈
浮头端盖
浮头式换热器
优点： （1）壳体和管束热变形自由，不产生热应力。 （2）管束可从壳体中抽出，便于壳程的检修和清洗。 缺点：
（1）结构复杂，造价高。
（2）为使一端管板浮动，需增加一个内浮头盖及相关连接件 以保证密封，操作时，如果内浮头盖连接处泄漏将无法发现， 所以应严格保证其密封性能。 （3）为使浮头管板和管束检修时能够一起抽出，在管束外缘 与壳壁之间形成宽度为16~22mm的环隙，这样不仅减少了排 管数目，而且增加了旁路流路，降低了换热器的热效率。
缺点
单位百度文库热面积金属耗量大， 价格较高。
检修、清洗不便。
管壳式换热器
管壳式换热器
结构坚固，对压力和温度的 适用范围大。
优点
管内清洗方便，清洁流体宜 走壳程。 处理量大。
缺点
传热效率、结构紧凑性、 单位换热面积的金属耗 量等不如新型换热器。
缠绕管式换热器
缠绕管式换热器
可同时处理多种介质。
优点
温差较小情况下可传递 较大热量。 可适用于较高压力介质。
缺点
结构较复杂。
板面式换热器 螺旋板式换热器
螺旋板式换热器 的流体流动方式
螺旋板式换热器 的密封方式
螺旋板式换热器
结构紧凑，单位体积 传热面积大。
优点
两种流体都能以高速流 动，传热效率高。
螺旋流动，有自冲刷作用， 适于处理粘性和易结垢流体。
缺点
承压能力差（P<1MPa，t<500º C）
损坏后检修困难。
缺点
不可拆，清洗困难。 制造工艺复杂，成本高。
板壳式换热器
板壳式换热器
结构紧凑、传热效率高。
优点
压力降小，容易清洗。 板束由冷轧金属薄板制 成，成本较低。
缺点
焊接质量不易保证，制造工 艺复杂。
伞板式换热器
其它型式换热器
换热器的选型
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流体的性质 温度、压力、允许的压力降 制造成本、动力消耗
填料函式换热器
对分流壳体
填料函式换热器
优点： （1）结构比浮头式换热器简单，壳体和管束热变形 自由，不产生热应力。
（ 2 ）管束可从壳体中抽出，壳程的检修和清洗方 便。
缺点： 填料函处形成动密封，壳程介质易泄漏， 要求壳程介质温度和压力不能过高，且无毒、非易 燃和易爆。
填料函式换热器通常只适用于低压和小直径场合。
第6章 换热设备

§6-1 概述
换热设备的发展方向
强化传热 高效紧凑 降低流体阻力 提高换热效率
换热设备的设计内容
工艺尺寸的 设计计算
整体结构及 零部件结构设计
换热设备应满足的基本要求：
（1）满足工艺要求（工艺过程所要求的温 度、压力、流量、传热量等）。
（2） 流体流动阻力小，压力降小，传热 效 率高。 （3）便于安装、操作和维修。 （4）安全可靠，经济合理。
换热管与管板的连接
强度胀
强度焊
胀焊并用
非均匀胀接
强度胀+密封焊 均匀胀接 橡胶胀接
强度焊+贴胀
强度焊+强度胀
液压胀接
液袋胀接
爆炸胀接
胀接管孔结构
强度胀适用范围： P≤4.0MPa t ≤300oC
优点： （1）强度高，抗拉脱力强。 （2）修理、更换方便。
缺点： （1）焊接残余应力可能导致应力 腐蚀和疲劳破坏。 （2）间隙腐蚀问题。
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清洗、维修
管壳式换热器选型时应考虑的因素：
流程的 选择 流动方式 的选择
折流板的 安装
换热管的规 格和排列
§6-2 管壳式换热器
刚性 结构 具有温差补偿 的结构
固定管板式换热器
列管式换热器
膨胀节结构
固定管板式换热器
优点： （1）结构简单紧凑，制造成本低。 （2）与其它类型换热器相比，在 相同壳体直径下，排管数目最多。 （3）管内便于清洗。
管式换热器
蛇管式换热器
蛇管式换热器
结构简单，传热面积大。
优点
管子可承受较大的介质压力。
导流作用，改变流动状态。
缺点
结构笨重，安装和检修不方便。
管内清洗不便。
套管式换热器
通常用于流 量较小、传 热面积小于 20m2的场合。
套管式换热器
套管式换热器
结构简单，可利用标准管件。
优点
两种流体都可在较高温度和 压力下换热，传热系数大。 传热面积可根据需要增减。
U形管式换热器
U形管式换热器：
优点： （1）结构简单，省去一块管板和一个管箱，造价低。 （2）管束和壳体分离，热膨胀时互不约束，消除热应力。 （3）管束可以从壳体中抽出，管外清洗方便。
缺点：
（1）弯管必须保持一定曲率半径，管束中央会存在较大的 空隙，流体易走短路，对传热不利。 （2）管内不能用机械方法清洗，宜走清洁流体。 （3）管子泄漏损坏时，只有最外层管子可以更换，其他管 子只能堵死，会减小换热面积。
要求
换热管中心距 P≥1.25d0
管板设计
薄管板结构及应用
管箱
管箱、管板、壳体的连接
管束分程
管束分程 的原则：
（1）管程数目不能太多，否则会使管箱结构复 杂，给制造带来困难，同时流体阻力也会增大。 （2）管程数目一般为偶数程（单程除外），这 样可以使管程的进出口设置在同一端管箱上，便 于制造、操作和维修。 （3）尽可能使各程换热管数目大致相等，以减 小流体阻力。 （4）相邻管程流体间温度差不宜过大（不超过 20℃），以避免产生过大热应力。