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换热器类型和组织

时间:2019-11-08 04:55 来源:未知 编辑:admin

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换热器类型和结构_能源/化工_工程科技_专业资料。介绍各种换热器结构和优缺点 换热器类型和结构 内容 1、 换热器的定义 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备, 即在一...

  换热器类型和结构_能源/化工_工程科技_专业资料。介绍各种换热器结构和优缺点

  换热器类型和结构 内容 1、 换热器的定义 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备, 即在一个大的 密闭容器内装上水或其他介质,而在容器内有管道穿过。让热水从管道 内流过。由于管道内热水和容器内冷热水的温度差,会形成热交换,也 就是初中物理的热平衡,高温物体的热量总是向低温物体传递,这样就 把管道里水的热量交换给了容器内的冷水,换热器又称热交换器 。 2、换热器的分类与结构 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、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(又叫混合式换热器) 、 蓄热式换热器和间壁式换热器。 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传热的,这 种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻,只要流体间的接触情 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 采用混合式热交换器,例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之 间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力 工程、空气调节工程以及其它许多生 产部门。常用的混合式换热器有: 冷却塔、气体洗涤塔、喷射式换热器和混合式冷凝器。 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。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,接受火格子所储蓄的热量而被 加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用,即当热气体 进入一器时,冷气体进入另一器。常用于冶金工业,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热器或燃烧室,人造石油厂 中的蓄热式裂化炉。 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能直接接触,故而间 壁式换热器是最常用的一种换热器。下面主要介绍一下间壁式换热器的 分类: a) 夹套式换热器 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 传热面的不足,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。 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,并沉浸在容器内的 液体中。其优点是:结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造。 缺点:容器内液体湍动程度低,管外给热系数小。 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匀淋下。 ? 优点:热流体在管内流动,冷却水在装置上方均匀淋下。传热系数 大,故喷淋式换热器传热效果优于沉浸式蛇管换热器。但是期要在 露天放置, 占地位置大而且水容易溅到周围环境, 使用起来不方便。 c) 套管式换热器 (如图所示) 由套管式换热器是由直径不同的直 管制成的同心套管,并用 U 形弯头连接而成。因为管内管外流体流速较 大。 冷、热流体可以作纯逆流,故而其传热系数大,传热效果好。常用 的水伴热就是一种简易的套管式换热器。 d) 管壳式换热器 管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应 用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆 形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热 的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程; 一种在管外流动,其行程称 为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体 内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流 体速度,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。 常用的档板有圆缺形和圆盘形两种(如下图所示),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,每通过壳体一次称为一个壳 程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平 均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为 多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过 壳体空间,称多壳程。 在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和 管束的温度也不同。如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力, 可能使管子弯曲,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器。 它结构简单成本低,但清洗困难,不适用于易结垢的流体和温差较大的 流体。 如果温差不是很大,可采用带有补偿圈的固定管板式换热器。下图为带 有补偿圈的固定管板式换热器。 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,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弯成 U 形,进 出口分别安装在同一管板的两侧,封头以隔板分成两室。每根管可自由 伸缩,与外壳无关。从而消除热应力,其结构比浮头式换热器简单。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板片构成,用框架将板片夹 紧组装于支架上。两个相邻板片的边缘衬以垫片(各种橡胶或压缩石棉等 制成)压紧,板片四角有圆孔,形成流体的通道。 1—上导杆;2—垫片;3—传热板片;4—角孔; 5—前支柱;6—固定端板;7—下导杆;8—活动端板 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,构成复杂的流道,使流体 在波纹板间流道内呈旋转三维流动, 能在较低的雷诺数 (一般 Re=50~200) 下产生紊流,所以传热系数高,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 在管程和壳程内流动,总体上是错流流动,对数平均温差修正系数小, 而板式换热器多是并流或逆流流动方式, 其修正系数也通常在 0.95 左右, 此外,冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流,因此 使得板式换热器的末端温差小,对水换热可低于 1℃,而管壳式换热器一 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为管壳 式的 2~5 倍,也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所,因此实现 同样的换热量,板式换热器占地面积约为管壳式换热器的 1/5~1/8。 c.容易改变换热面积或流程组合,只要增加或减少几张板,即可达到 增加或减少换热面积的目的;改变板片排列或更换几张板片,即可达到 所要求的流程组合,适应新的换热工况,而管壳式换热器的传热面积几 乎不可能增加 d.重量轻 板式换热器的板片厚度仅为 0.4~0.8mm,而管壳式换热器 的换热管的厚度为 2.0~2.5mm,管壳式的壳体比板式换热器的框架重得 多,板式换热器一般只有管壳式重量的 1/5 左右。 e. 价格低 采用相同材料,在相同换热面积下,板式换热器价格比管 壳式约低 40%~60%。 f. 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, 并可大批生产,管壳式换热器一般采用手工制作。 g. 容易清洗 框架式板式换热器只要松动压紧螺栓,即可松开板束, 卸下板片进行机械清洗,这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。 i. 热损失小 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中, 因此散 热损失可以忽略不计,也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大, 需要隔热层。 h. 容量较小 是管壳式换热器的 10%~20%。i. 单位长度的压力损失 大 由于传热面之间的间隙较小,传热面上有凹凸,因此比传统的光滑管 的压力损失大。 j. 不易结垢 由于内部充分湍动,所以不易结垢,其结垢系数仅为管 壳式换热器的 1/3~1/10.k. 工作压力不宜过大,介质温度不宜过高,有 可能泄露 板式换热器采用密封垫密封,工作压力一般不宜超过 2.5MPa, 介质温度应在低于 250℃以下,否则有可能泄露。 k. 易堵塞 由于板片间通道很窄,一般只有 2~5mm,当换热介质含有 较大颗粒或纤维物质时,容易堵塞板间通道。 3、换热器型号的识别

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