常见换热器.ppt

授 课 教 师 :邸 凯 第 二 章 传 热第 五 节 换 热 器 按传热特征分： 间壁式：冷、热流体由固体间壁隔开，传热面积固定， 热量传递为对流-导热-对流的串联过程。 混合式：通过冷、热两流体的直接混合来进行热量交换。 蓄热式 (蓄热器)：由热容量较大的蓄热室构成，使冷、 热流体交替通过换热器的同一蓄热室。按用途分：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。按结构分：夹套式、浸没式、喷淋式、套管式和管壳式等。 选取换热器时，应根据工艺要求选用合适的类型，还应按传热基本原理选定合理的换热流程，确定换热器的传热面积、结构尺寸以及校核流体阻力等。对系列化标准换热器，需通过必要的计算 (A，p) 来选用。 夹套式换热器常 见 的 间 壁 式 换 热 器：主要用于反应器的加热或冷却优点：结构简单加工方便缺点：传热面积小，传热效率低 沉浸式蛇管换热器优点：结构简单，能承受高压；缺点：传热面积不大，管外流体给热系数小，为强化传热，可在容器内安装搅拌器。常 见 的 间 壁 式 换 热 器 喷淋式蛇管换热器优点：缺点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，水质要求低冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外常 见 的 间 壁 式 换 热 器 套管式换热器优点：结构简单，能承受较高压力，应用灵活；缺点：耗材多，占地面积大，难以构成很大的传热面积，故一般适合于流体流量不大、传热负荷较小的场合。常 见 的 间 壁 式 换 热 器 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备优点：单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能 力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。根据热补偿方式不同，分为三类：固定管板式U形管式浮头式常 见 的 间 壁 式 换 热 器 固定管板式列管换热器常 见 的 间 壁 式 换 热 器折流板作用：不仅可以防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大大增加。 带补偿圈的列管式换热器 U形管式列管换热器常 见 的 间 壁 式 换 热 器 常 见 的 间 壁 式 换 热 器浮头式列管换热器 常 见 的 间 壁 式 换 热 器板式换热器 结构紧凑，占用空间小很小的空间即可提供较大的换热面积，不需另外的拆装空间；相同使用环境下，其占地面积和重量是其他类型换热器的1/31/5。传热系数高 雷诺准数10时，即可产生剧烈湍流，一般总传热系数可高达30008000W/m2.K。端部温差小 逆流换热，可达到1的端部温差。热损失小 只有板片边缘暴露，不需保温，热效率98%。适应性好，易调整 通过改变板片数目和组合方式即可调节换热能力，与变化的热负荷相匹配。 流体滞留量小，对变化反应迅速，拆装简单，容易维护 板片是独立的单元体，拆装简单，可将密封垫密闭的板片拆开、清洗。结垢倾向低 高度紊流、光滑板表面，使积垢机率很小，且具自清洁功能，不易堵塞。低成本 使用一次冲压成型的波纹板片装配而成，金属耗量低，当使 用耐蚀材料时，投资成本明显低于其他的换热器。 缺点：处理能力不大，操作压力比较低，一般不超过20atm，受垫片耐热性的限制，操作温度不能太高，一般合成橡胶垫不超过130，压缩石棉垫圈也不超过250。 传热系数高 由于离心力的作用，可在较低Re数下出现湍流(Re=1400-1800)，允许流速可达2m/s，故传热系数较高，如水对水的换热，传热系数可达2000-3000 W/（m2K）。不易堵塞 由于流速较高，又是在螺旋流道内流动，能较好的发挥流体对板面的冲刷作用，因而流体中的悬浮物不易沉积下来。由于流道长，可为完全逆流，便于控制温度和利用低温热源，操作时允许较低的温度差，因此，在一些低温差传热的场合，采用螺旋板换热器比较合适。结构紧凑，制造简便，单位体积设备内的传热面积约为列管式换热器的3倍。 操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作压力只能在20atm以下，操作温度约在300-400以下。不易检修，整个换热器已被卷制焊接为一个整体，一旦发生中间泄漏或其他故障，设备即告报废。 常 见 的 间 壁 式 换 热 器板翅式换热器 传热效果好 板翅促进湍流，破坏传热边界层的发展，总传热系数高，同时冷、热流体间换热不仅以平隔板为传热面，而且大部分热量通过翅片换热，因而具有很高的传热速率。结构紧凑 单位体积换热器提供的传热面积一般能达到2500m 2，最高可达到4300m 2，而列管式换热器只有160m 2。轻巧牢固 由于结构紧凑，通常用铝合金制造，在相同的传热面积下，其重量仅为列管式换热器的十分之一，波纹翅片不仅是传热面，又是两板间的支撑，故强度很高。适应性强，操作范围广 由于铝合金的导热系数高，特别适合于低温和超低温条件下的换热。 流道很小，容易堵塞而使压降增大。换热器内一旦结垢，清洗和检修困难，故处理的物料应较清洁或预先进行净制。由于平隔板是用薄铝片制成，故要求流体对铝不发生腐蚀。 流体流动通道的选择：(1) 不清洁或易结垢的物料应当流过易于清洗的一侧，对于直管管束，一般通过管内，直管内易于清洗；(2) 需通过增大流速提高的流体应选管程，因管程流通截面积小于壳程，且易采用多程来提高流速；(3) 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀；(4) 压力高的流体宜选管程，以防止壳体受压；(5) 饱和蒸汽宜走壳程，冷凝液易于排出，其与流速无关；(6) 被冷却的流体一般走壳程，便于散热；(7) 粘度大、流量小的流体宜选壳程，因壳程的流道截面和流向都在不断变化，在 Re100 即可达到湍流。以上各点往往不可能同时满足，应抓住主要矛盾进行选择，例如，首先从流体的压力、腐蚀性及清洗等方面的要求来考虑，然后再考虑满足其他方面的要求。