换热器介绍与热效率计算

换热器介绍及热效率的简单计算

一、换热器的基本概念

换热器的定义：凡是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通称换热器。

间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。

混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。

回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。

2、换热器的分类？

螺旋板式换热器 波纹管换热器 列管式换热器 板式换热器 螺旋板换热器 管壳式换热器 容积式换热器 浮头式换热器 管式换热器 热管换热器 汽水换热器 翅片管换热器

管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器

1、 浮头式换热器特点

2、 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。

浮头式换热器的特点

浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在

壳体自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮三种类型换热器简介 ⎪ ⎪ ⎪ ⎩

⎪ ⎪ ⎪ ⎧ 螺旋板式 板式 交叉流换热器 管壳式 壳管式 套管式 ) ( ⎪

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⎨

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蓄热式 混合式

间壁式

⎪⎩⎪⎨⎧板翅式管翅式管束式

头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。

3、 固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200)

固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。

4、 翅片管换热器（冷却器）(4E-202,4E-100,4E-501, 4E-204) 凡在换热管上加装翅片,以达到增加散热面积的冷热交换器，均可归纳为

“翅片管散热器”，也叫热管式换热器。

翅片管散热器按翅片的结构形式可分为绕片式；串片式；焊片式；轧片式。常用的材料为钢；不锈钢；铜；铝等。

翅片管散热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面积大等特点。

二、换热器的简单计算

换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算

(1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积

（2） 校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下，核算他能

否胜任规定的新任务。

换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式

(1)

(2)

式中， 不是独立变量，因为它取决于 以及换热器的布置。另外，根据公式(1)可知，一旦

和 以及 中的三个已知的话，我们就可以计算出另

外一个温度。因此，上面的两个方程中共有8个未知数，即需要给定其中的5个变量，才可以计算另外三个变量。

对于设计计算而言，给定的是 ，以及进出口温度中的三个，最终求

对于校核计算而言，给定的一般是 ， 以及2个进口温度，待求的是 m t kA ∆=Φ)()(c c c mc h h h mh t t c q t t c q '-''=''-'=Φm t ∆c c h h t t t t '''''',,,h mh c q c mc c q c c h h t t t t '''''',,,c mc h mh c q c q ,A

k ,

。

举例简单计算：

以4E-100举例，

壳程：氮气 流量 30100kg/h, 比热 0.25 kcal/kg , 进口温度 182 ℃

管程: 导热油 流量 16340kg/h 比热 0.5 kcal/kg , 进口温度 260 ℃,出口温度225 ℃ 求氮气的出口温度是多少?(忽略污垢热阻)

可根据方程式(1)计算得氮气出口温度在220℃.

以4E-501为例计算总的传热系数：

管程：循环水 流量 68000kg/h 比热 1 kcal/kg , 进口温度 32 ℃,出口温度37 ℃壳程：氮气 流量 21936kg/h, 比热 0.25 kcal/kg , 进口温度97 ℃, 出口温度35 ℃,换热面积715m2 计算传热系数K

解：循环水热负荷 Q=q m c p （T 进-T 出）=68000*1*（32—37）=340000kcal 平均温度差 逆流 97℃ 35 ℃

37℃ 32℃

△T1=97-37=60

△T2=35-32=3

因△T1/△T2=60/3=20>2 △TM=(△T1-△T2)/LN(△T1/△T2)=19℃

Q=KA △TM K=Q/A △TM=340000/715*19=25.03 kcal/h m 2℃

三、影响换热器换热效果的因素

造成换热器换热效果下降的原因有以下几种

1）冷却水量少

2）冷却水温高3）壳程杂质堵塞换热器列管或者结垢，造成水冷器换热效果下降。

4）管程杂质吸附在管壁上，造成换热效果下降。

5）换热器漏，造成换热效果下降。

6）换热器投用时不排气造成换热效果下降。

四、换热器热效率下降判断及换热器的清洗?

1、根据温度判断：换热器出口温度减小

2。根据压力判断：换热器出口压力减小，进口压力增大

3。根据流量判断：，换热器出口流量减少

4。根据换热器前后相关设备判断：换热器前设备压力增大，流量减少，液位升高；换热器后设备压力减小，流量减少，液位下降

换热器材的清洗

换热器结垢后清洗剂的选择

清洗剂的选择， 目前采用的是酸洗， 它包括有机酸和无机酸。有机酸主要有： 草酸、甲酸等。无机酸主要有： 盐酸、硝酸等。根据换热器结垢和工艺、材质和水垢成分分析得出：

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