换热器的定义
换热器是将热流体的部分热量传递����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������给冷流体的设备,即在一个大的密闭容器内装上����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������水或其他介质,而在容器内有管道穿过。让热水从管道����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������内流过。
由于管道内热水和容器内冷热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������水的温度差,会形成热交换,也就是初中物理的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������热平衡,高温物体的热量总是向低温物体传递,这样就����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������把管道里水的热量交换给了容器内的冷水,换热器又����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������称热交换器。
换热器按用途分类可以分为:
冷却器、冷凝器、加热器、换热器、再沸器����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������、蒸气发生器、废热(或余热)锅炉。
按换热方式可以分为:
直接接触式换热器(又叫混合����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������式换热器)、蓄热式换热器����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������和间壁式换热器。
下面主要介绍一下按换热方式分类的换热器:
1) 直接接触����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������式换热器
直接接触式交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������传热的,这种传热方式避免了传热间壁及其����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������两侧的污垢热阻,只要流体间的接触情����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������况良好,就有较大的传热速率。
故凡允许流体相互混合的场合,都可以采用混合式热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������交换器,例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������等等。它的应用遍及化工和冶金����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������企业、动力工程、空气调节工程以及其����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������它许多生 产部门。
常用的混合式换热器有:冷却塔����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������、气体洗涤塔、喷射式换热器和����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������混合式冷凝器。
2) 蓄热式换热器
蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������内装固体填充物,用以贮蓄热量。
一般用耐火砖等砌成火格子(有时用金属波形����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������带等)。
换热分两个阶段进行。
第一阶段,热气体通过火格子,将热量传给����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������火格子而贮蓄起来。
第二阶段,冷气体通过火格子,接受火格子所储����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������蓄的热量而被加热。
这两个阶段交替进行。通常用两个����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������蓄热器交替使用,即当热气体进入一器时����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,冷气体进入另一器。常用于冶����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������金工业,如炼钢平炉的蓄热室。
也用于化学工业,如煤气炉中的空气预����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������热器或燃烧室,人造石油厂中的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������蓄热式裂化炉。
3) 间壁式换热器
此类换热器中,冷热俩流体间用一金属隔开,以便俩����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������种流体不相混合而进行热量传递。
在化工生产中冷热流体经常不����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������能直接接触,故而间壁式换热器是最常用的一����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������种换热器。
下面主要介绍一下间壁式换热器����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的分类:
a) 夹套式换热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������器
由容器外壁安装夹套制成。(如图所示)
这种换热器是在容器外壁安装夹套����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������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����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������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����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������侧的给热系数。
为补充传热面的不足,也可����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������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����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������冷却。
b) 蛇管式换热器
蛇管式换热器又分为沉浸式蛇管换热器和喷淋����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������式蛇管换热器。
沉浸式蛇管换热器如图所示
蛇管多以金属管弯绕成各种与容器相适应的形状����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,并沉浸在容器内的液体中。
其优点是:结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������制造。
缺点:容器内液体湍动程度低,管外给热系数����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������小。
喷淋式蛇管换热器如图所示
将换热管成排地固定在钢架上。
热流体在管内流动,冷却水在装置上方均����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������匀淋下。
优点:热流体在管内流动,冷却水在装����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������置上方均匀淋下。传热系数大,故喷淋式换热器����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������传热效果优于沉浸式蛇管换热器。
但是期要在露天放置,占地位置大而且水����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������容易溅到周围环境,使用起来不方便。
c) 套管式换热器����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������
(如图所示)由套管式换热器����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������是由直径不同的直管制成的同心����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������套管,并用U形弯头连接而成。
因为管内管外流体流速较大。冷、热流����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������体可以作纯逆流,故而其传热系数大,传热效果����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������好。常用的水伴热就是一种简易的套����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������管式换热器。
d) 管壳式换����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������热器
管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������器,它在工业上的应用有着悠久的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������。
管壳式换热器主要有壳体、管束、����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������内部装有平行管束,管束两端固定于管板上����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������。
在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������动,其行程称为管程;一种在管外流动,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������其行程称为壳程。管束的壁面即为传热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������面。
为提高管外流体给热系数,����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������通常在壳体内安装一定数量的横向����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������折流档板。
折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������度,还迫使流体按规定路径多次错流����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������通过管束,使湍动程度大为增加����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种(如下图所示),����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������前者应用更为广泛。
流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������过壳体一次称为一个壳程。����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������
为提高管内流体的速度,可����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������干组。
这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������称为多管程。
同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������
在管壳式换热器内,由于管内外流体温度����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������不同,壳体和管束的温度也不同。如两����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������者温差很大, 换热器内部将出����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������现很大的热应力,可能使管����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������子弯曲,断裂或从管板上松脱。
因此,当管束和壳体温度差超过50℃时,应采����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������取适当 的温差补偿措施,消除或减小热应力。
补偿方法:
在壳体上附有膨胀圈或者采用U形管换热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������器和浮头式换热器。
➪ 固定管板式换热器
当冷热流体温差不大时,可采用固定管板式换热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������器。
它结构简单成本低,但清洗困难����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,不适用于易结垢的流体和温差较大的流体����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������。
如果温差不是很大,可采用带有补偿圈的固����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������定管板式换热器。
下图为带有补偿圈的固定管板式换热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������器。
➪ 浮头式换热器
如上图所示为浮头式换热器,它两端的管板一端可����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������沿轴向自由浮动,从而消除热应力。
而且整个管束可从壳体中抽出����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,便于清洗和检修。
但是结构复杂,造价较高。工业上一般都使用这����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������种换热器。
➪ U形管换热器
如上图为U形管换热器,U形管换热器的每根换热管都����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������弯成U形,进出口分别安装在同一管板����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������的两侧,封头以隔板分成两室。每根管����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������可自由伸缩,与外壳无关。
从而消除热应力,其结构比浮头����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������式换热器简单。
但管程不易清洗,使用有很大的局限性只适用����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������于洁净流体。
e) 板式换热器
板式换热器是由一组长方形的薄金属传热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������板片构成,用框架将板片夹紧组����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������装于支架上。
两个相邻板片的边缘衬以垫片����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������(各种橡胶或压缩石棉等制����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������成)压紧,板片四角有圆孔,形成流体的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������通道。
板式换热器和管壳式换热器的区别:
a.传热系数高
由于不同的波纹板相互倒置,构成复杂����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的流道,使流体在波纹板间流道内����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������呈旋转三维流动,能在较低的雷诺数(一般Re=5����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������0~200)下产生紊流,所以传热系数高,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������一般认为是管壳式的3~5倍。
b.对数平均温差大,末端温差小
在管壳式换热器中,两种流体分别在管程和壳程内流����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������动,总体上是错流流动,对数平均温差修����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������正系数小,而板式换热器多是并流或逆����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������流流动方式,其修正系数也通常在0.95左右,此外����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,冷、热流体在板式换热器内����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������的流动平行于换热面、无旁流,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������因此使得板式换热器的末端温差����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������小,对水换热可低于1℃,而管壳式换热器一����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������般为5℃.
c.占地面积小
板式换热器结构紧凑,单位体积内的换热面积����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������为管壳式的2~5倍,也不像管壳式那样要预留����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������抽出管束的检修场所,因此实现同����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������样的换热量,板式换热器占地面积约为管壳式换����� �������Ƴ����������� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������热器的1/5~1/8。
d.容易改变换热面积或流程组����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������合
只要增加或减少几张板,即可达����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������到增加或减少换热面积的目的;改变板片排列或����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������更换几张板片,即可达到所要求的流程组合,适应����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������新的换热工况,而管壳式换热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������器的传热面积几乎不可能增加
e.重量轻
板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������8mm,而管壳式换热器的换热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������管的厚度为2.0~2.5mm,管壳式����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������的壳体比板式换热器的框架重得多,板式换热器����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������一般只有管壳式重量的1/5左右。
f.价格低
采用相同材料,在相同换热面积����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������下,板式换热器价格比管壳式约����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������低40%~60%。
g. 制作方便
板式换热器的传热板是采用冲压加工,标准化程度高����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,并可大批生产,管壳式换热器一般采用手����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������工制作。
h. 容易清洗
框架式板式换热器只要松动压紧螺栓����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,即可松开板束,卸下板片进行机械清洗,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������这对需要经常清洗设备的换热过程十分方����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������便。
i. 热损失小
板式换热器只有传热板的外����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������壳板暴露在大气中,因此散热损失可以忽略不计����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������,也不需要保温措施。而管壳式换热器热����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������损失大,需要隔热层。
j. 容量较小&nbs����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������p;
是管壳式换热器的10%~20����� �������Ƴ����������� �������Ƴ�������%。i. 单位长度的压力损失大 由于传热面之间的����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ�������间隙较小,传热面上有凹凸,因此比传统����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������的光滑管的压力损失大。
k. 不易结垢
由于内部充分湍动,所以不����� �������Ƴ������������ �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������易结垢,其结垢系数仅为管壳式����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������换热器的1/3~1/10.k.工����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������作压力不宜过大,介质温度不宜过高,����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������有可能泄露板式换热器采用密封垫密封,工作����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������压力一般不宜超过2.5MPa,介质温度应在����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������低于250℃以下,否则有可能泄露。
l.易堵塞
由于板片间通道很窄,一般只有2~5mm,当����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������换热介质含有较大颗粒或纤维物质时,容易堵塞板间通����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������道。
- 2024-03-11
王大真到田家河园区和楚星片区现场办公 - 2023-03-14
王大真一行到化机公司现场办公 - 2022-09-19
王大真一行到股份公司、化机公����� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������司现场办公 - 2022-05-23
高效执行展实力 规范施工创品牌 - 2022-04-26
化机公司召开党委(扩大)会����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������������ �������Ƴ������������ �������Ƴ�������议专题研究党建工作 - 2022-01-14
祝贺!化机公司首批新一代换热器产品成����� �������Ƴ����������� �������Ƴ������功交付 - 2021-12-23
【学习贯彻宜昌市第七次党代会精神】化机公司:学����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������深悟透 知行合一 - 2021-11-26
王大真到化机公司现场办公 - 2021-11-17
中共中央关于党的百年奋斗重大����� �������Ƴ������������ �������Ƴ�������成就和历史经验的决议 - 2021-11-13
宜化化机:关爱职工健康 开展职业健康体检