换热器分解PPT课件

换热器换热器按照传热用途分为加热器、预热器、冷却器、冷凝器、再沸器和蒸发器等。虽然换热器名称不同，但设备的构造与形式却大多完全相同。下面对具有代表性的间壁式换热器的特征和构造进行简略说明。一.间壁式换热器的类型二.换热器的运行操作三.换热器常见故障与处理方法四.传热过程的强化途径五.列管式换热器设计或选用时应考虑的问题第1页/共38页一.间壁式换热器的类型 按照换热面的形式分类： 1.管式换热器 2.板式换热器 3.特殊形式的换热器第2页/共38页1.管式换热器 （1）蛇管式换热器 （2）套管式换热器 （3）列管式换热器第3页/共38页（1）蛇管式换热器 蛇管式换热器是它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆形、螺旋形和长的蛇形管。为防止蛇行变形，通常将蛇管固定在支架上。在高压操作时，也可将蛇管铸在或焊在容器壁上。状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。 状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。 第4页/共38页a. 沉浸式蛇管 蛇管多以金属管子弯绕而成，或由弯头、管件和直管连接组成，也可制成适合不同设备形状要求的蛇管。使用时将蛇管沉浸在容器内，盘管内通入热流体，管外通过冷却水进行冷缺或冷凝；或者用于加热或蒸发容器内的流体。它的特点：结构简单，造价低廉，操作敏感性较小，管子可承受较大的流体介质压力。但是，由于管外流体的了流速很小，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。沉浸式蛇管换热器常用于高压流体的冷却，以及反应器的传热元件。 第5页/共38页b. 喷淋式蛇管换热器 将蛇管成排的固定在钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管排上方的喷淋装置均匀淋下。与沉浸式相比较，喷淋式蛇管换热器主要优点是管外流体的传热系数大，且便于检修和清洗。其缺点是体积庞大，占地面积大，冷却水用量较大，有时喷淋效果不够理想第6页/共38页（2）套管式换热器对于流体流量较小或高压流体的场合大多使用对于流体流量较小或高压流体的场合大多使用图（图（1）。该换热器是一种流体在逃管的内管中）。该换热器是一种流体在逃管的内管中流动，另一种流体在外管与内管之间的通道中流动，另一种流体在外管与内管之间的通道中流动，从而进行热量交换的设备。内管的壁面流动，从而进行热量交换的设备。内管的壁面是传热面。套管式换热器以适宜长度（是传热面。套管式换热器以适宜长度（4到到6米）米）的套管为单位，通过增减套管的连接数目能够的套管为单位，通过增减套管的连接数目能够改变传热面积。套管内的冷热流体可同向流动改变传热面积。套管内的冷热流体可同向流动（并流）；但一般采用两流体相反方向的的逆（并流）；但一般采用两流体相反方向的的逆流流动。流体中通常选择流流动。流体中通常选择值较大的流体走套管值较大的流体走套管环隙。如果由于条件限制或其他的理由，必须环隙。如果由于条件限制或其他的理由，必须使用使用值较小的流体走套管环隙时，为增大内管值较小的流体走套管环隙时，为增大内管侧的传热面积，也可使用图（侧的传热面积，也可使用图（2）翅片管为传热）翅片管为传热管管。第7页/共38页（2）套管式换热器 图片：翅片管套管式换热器（1）（2）第8页/共38页（3）列管式换热器列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。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，这称为壳程列管式换热器。 第9页/共38页列管式换热器分类列管式换热器分类 （1）固定管板式换热器 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于6070和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。 特点：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。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端第10页/共38页（1）固定管板式换热器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，相同的壳体内径排管最多，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。缺点：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 第11页/共38页（2）浮头式换热器换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。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内自由移动，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，便于清洗管间和管内。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。 第12页/共38页（3）U型管式换热器 U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。第13页/共38页（4）填料函式换热器 这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。 填料函式换热器结构如右图所示。这种设备的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自由伸缩，不会产生壳壁与管壁热变形差而引起的热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。 第14页/共38页列管式换热器的折流挡板 为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。用。 列管式换热器中，一般关内空间易清洗，古不清洁和易污垢的列管式换热器中，一般关内空间易清洗，古不清洁和易污垢的流体走管内，还有腐蚀性流体、高压流体和高温等流体走管内。流体走管内，还有腐蚀性流体、高压流体和高温等流体走管内。但是，蒸汽，沸腾液体走管方，对于这种场合壳方不需挡板。但是，蒸汽，沸腾液体走管方，对于这种场合壳方不需挡板。第15页/共38页影响换热器管板腐蚀的主要因素： （1）介质成分和浓度：浓度的影响不一，例如在盐酸中，一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重，而当浓度增加到60%以上时，腐蚀反而急剧下降； （2）杂质：有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等，这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀 （3）温度：腐蚀是一种化学反应，温度每提升 10，腐蚀速度约增加13倍，但也有例外； （4）ph值：一般ph值越小，金属的腐蚀越大； （5）流速：多数情况下流速越大，腐蚀也越大。 第16页/共38页 2. 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。板式换热器是液液、液汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占 地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。这类换热器一般不能承受高温高压，但对于压力较低，温度不高或腐蚀性强而需用贵重材料的场合，却显示出更大的优越性。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换 热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。 （1）夹套式换热器 （2）螺旋板式换热器第17页/共38页板式换热器 基本结构： 1.换热板片 2.固定压紧板 3.活动压紧板 4.夹紧螺栓 5.上导杆 6.下导杆 7.后立柱 结构原理： 可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。 第18页/共38页（1）夹套式换热器 属于间壁式换热器的一种，在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。 结构：主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。 优点：结构简单。缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安 装搅拌器。也可在釜内安装蛇管。 第19页/共38页（2）螺旋板式换热器 由两张保持一定间距的平行金属板卷制而成,冷、热流体分别在金属板两侧的螺旋形通道内流动。这种换热器的传热系数高（约比管壳式换热器高14倍），平均温度差大（因冷、热流体可作完全的逆流流动），流动阻力小，不易结垢；但维修困难。使用压力不超过22MPa。 第20页/共38页（3）平板式换热器 由一定形状的波纹薄板和密封垫片交互叠合，并用框架夹紧组装而成（图2）。冷、热流体分别在波纹板两侧的流道中流过，经板片进行换热。波纹板通常由厚度为0.53mm的不锈钢、铝、钛、钼等薄板冲制而成。平板式换热器的优点是传热系数高（约比管壳式换热器高24倍），容易拆洗，并可增减板片数以调整传热面积。操作压力通常不超过2MPa，操作温度不超过250。 第21页/共38页3.特殊形式的换热器 （1）翅片式换热器：a.翅片管式换热器 b.板翅式换热器 （2）热管换热器第22页/共38页（1）翅片式换热器 在传热面上加装翅片的措施不仅增大了传热面积，而且增强了流体的扰动在传热面上加装翅片的措施不仅增大了传热面积，而且增强了流体的扰动程度，从而使传热过程强化。程度，从而使传热过程强化。a.翅片管式（管翅式）换热器翅片管式（管翅式）换热器 管翅式换热器作为一种紧凑式换热器管翅式换热器作为一种紧凑式换热器,在制冷行业具有广泛的应用。随着在制冷行业具有广泛的应用。随着空调与制冷行业的技术发展空调与制冷行业的技术发展,以及环保法规的进一步严格控制以及环保法规的进一步严格控制,对换热单元对换热单元自身换热性能的要求更加严格自身换热性能的要求更加严格,以弥补替代制冷剂性能低下。因此以弥补替代制冷剂性能低下。因此,换热器换热器结构结构(换热管和翅片类型换热管和翅片类型)以及相关换热器成形工艺是影响换热性能的重要以及相关换热器成形工艺是影响换热性能的重要因素因素,对于提高换热器的整体换热性能具有重要的意义对于提高换热器的整体换热性能具有重要的意义。 第23页/共38页（1）翅片式换热器 如图：第24页/共38页b.板翅式换热器 由封闭在带有冷、热流体进出口的集流箱中的换热板束构成。板束由平板和波纹翅片交互叠合,钎焊固定而成。冷、热流体流经平板两侧换热，翅片增加了传热面积，又促进了流体的湍动，并对设备有增强作用。板翅式换热器结构非常紧凑(换热面积达4400m/m),传热效果好，且使用压力可达15MPa。但它的制造工艺复杂，流道小,内漏不易修复，因而限用于清洁的无腐蚀性流体，如作空气分离用的换热器 板翅式换热器的板束板翅式换热器第25页/共38页b.板翅式换热器特点： （1）传热效率高，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性，所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。 （2）紧凑，由于板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积可达到1000/m3。 （3）轻巧，原因为紧凑且多为铝合金制造，现在钢制，铜制，复合材料等的也已经批量生产 。 （4）适应性强，板翅式换热器可适用于：气气、气液、液液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互换性。 （5）制造工艺要求严格，工艺过程复杂。 （6）设备流到很小，容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修很困难，故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。另外对焊接的要求质量高，发生内漏很难修复。 结构：通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心，配以必要 的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。 第26页/共38页b.板翅式换热器的翅片翅片形式常见翅片类型： （1）平直形（2）锯齿形 （3）多孔形 （4）波纹形 （5）百叶窗形第27页/共38页（2）热管换热器 概述：热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。最简单的热管使在抽出不凝性气体的金属管内充以某种工作液体，然后将两端封闭。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。 以热管为传热元件的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。 分类：按冷、热流体的状态，热管换热器为：气气式、气-汽式、气液式、液液式、液气式。按热管换热器结构形式分为：整体式、分离式和组合式。 特点:热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高可靠性。 。 第28页/共38页（2）热管换热器 2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以较容易实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济 3、对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。 4、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。 第29页/共38页二、换热器的运行操作(1)换热器开车前应检查压力表、温度计、液位计以及相关闸门是否正常。(2)输送加热蒸汽前，先打开冷凝水排放闸门，排除积水和污垢；打开放空阀，排除空气及其他不凝性气体。(3)换热器开车时，要先通入冷流体，缓慢或数次通入热流体，做到先预热、后加热，切忌骤冷骤热。开、停换热器时，不要将闸门开得太猛，否则容易造成管子和壳体受到冲击，以及局部骤然胀缩，产生热应力，是局部焊缝开裂或管子连接口松动、脱落。(4)若进入换热器的流体不清洁，需提前过滤、清除，防止都塞通道。(5)换热器使用期间，需要巡回检查冷、热流体的进、出口的温度和压力，控制在正常工艺指标内。(6)定期分析流体的成分，以确定换热器有无内漏，以便及时处理。(7)巡回检查换热器的闸门、封头、法兰连接处有无渗漏，以便及时处理。(8)换热器定期进行除垢、清洗。第30页/共38页三、换热器常见故障与处理方法故障故障产生原因产生原因处理方法处理方法传热速率下降传热速率下降（1）列管结垢）列管结垢（2）壳体内不凝气或冷凝液增多）壳体内不凝气或冷凝液增多（3）列管、管路或闸门堵塞）列管、管路或闸门堵塞（1）清洗管子）清洗管子（2）排放不凝气和冷凝液）排放不凝气和冷凝液（3）检查清理）检查清理振动振动（1）壳程介质流动过快）壳程介质流动过快（2）管路振动所致）管路振动所致（3）管束与折流板的结构不合理）管束与折流板的结构不合理（4）机座刚度不够）机座刚度不够（1）调节流量）调节流量（2）加固管路）加固管路（3）改进设计）改进设计（4）加固机座）加固机座管板与壳体连接处开管板与壳体连接处开裂裂（1）焊接质量不好）焊接质量不好（2）外壳歪斜，连接管线拉力或推）外壳歪斜，连接管线拉力或推力过大力过大（）腐蚀严重，外壳壁厚减薄（）腐蚀严重，外壳壁厚减薄（1）清除补焊）清除补焊（2）重新调整找正）重新调整找正（3）鉴定后修补）鉴定后修补管束、胀口渗漏管束、胀口渗漏（1）管子被折流板磨破）管子被折流板磨破（2）壳体和管束温差过大）壳体和管束温差过大（3）管口腐蚀或胀（焊）接质量差）管口腐蚀或胀（焊）接质量差（1）堵管或换管）堵管或换管（2）补胀或焊接）补胀或焊接（3）换管或补胀（焊）换管或补胀（焊）第31页/共38页板式换热器的常见故障及其处理方法故障故障产生原因产生原因处理方法处理方法密封处渗漏密封处渗漏胶垫未放正或扭曲胶垫未放正或扭曲螺栓紧固力不均匀螺栓紧固力不均匀或紧固不够或紧固不够脚垫老化或有损伤脚垫老化或有损伤重新组装重新组装高速螺栓紧固度高速螺栓紧固度更换新垫更换新垫内部介质渗漏内部介质渗漏板片有裂缝板片有裂缝进出口胶垫不严密进出口胶垫不严密侧面压板腐蚀侧面压板腐蚀检查更新检查更新检查修理检查修理补焊、加工补焊、加工传热效率下降传热效率下降板片结垢严重板片结垢严重过滤器或管路堵塞过滤器或管路堵塞解体修理解体修理清理清理第32页/共38页四、传热过程的强化途径 1、增大传热面积 2、增大平均温度差 3、增大传热系数K第33页/共38页五、列管式换热器设计或选用应应考虑的问题 1、流体流经管程或壳程的选择原则 2、流体流速的选择 3、流体进、出口温度的确定 4、提高管内膜系数的方法-多程 5、提高管外膜系数的方法-装置挡板 6、管子的规格和管间距第34页/共38页1流体流经管程或壳程的选择原则 1、不清洁或易结垢的流体，宜走容易清洗的一侧 2、腐蚀性流体宜走管程，以免壳体和管束同时被腐蚀 3、压力高的流体宜走管程，以避免制造耐高压的壳体 4、饱和蒸汽宜走壳程，以便于排出冷凝液 5、对流传热系数明显小的流体宜走管内，以便于提高流速 6、被冷却的流体宜走管程，便于散热，增强冷却效果 7、有毒流体宜走管程，使向环境泄露机会减少 8、粘度大的液体或流量小的流体宜走壳程，因有折流挡板的作用，流速和流向不断改变，在低Re（Re1.05.0-30壳程0.2-1.50.53.0-15列管式换热器中不同黏度液体的常用流速流体粘度/mPa.s15001500-500500-100100-3535-11最大流速(m/s)0.60.751.11.51.82.4列管式换热器中易燃烧、易爆炸液体的安全允许速度液体名称乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮安全允许速度/(m/s)12-3102、流体流速的选择第36页/共38页第37页/共38页感谢您的观看。第38页/共38页