PDF《第六章 传热设备》

2009-4-26

第六章 传热设备 化学工程与工艺研究所 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.

fineprint.cn 2009-4-26 根据传热原理和 实现热交换的方法 间壁式 混合式 蓄热式 换热面的型式 管式 板式 翅片式 6.1 换热器的类型 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 6.2 夹套式换热器 夹套式换热器式最简单的板式换热器,它是在容器外壁安 装夹套制成,夹套与容器之间形成的空间为加热介质或冷却介 质的通路.这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却.在用 蒸汽进行加热时,蒸汽由上部接管进入夹套,冷凝水由下部接 管流出.作为冷却器时,冷却介质(如冷却水)由夹套下部接 管进入,由上部接管流出. 夹套式换热器结构简单,但其加热面受容器的限制,且传 热系数也不高.为提高传热系数,可在器内安装搅拌器,为补 充传热面的不足,也可在器内安装蛇管. PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 2009-4-26 (1)沉浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状 (多盘成蛇形,常称蛇管),并沉浸在容器内的液体中. 蛇管内、外的两种流体进行热量交换.几种常见的蛇管形 式如图所示. 优点 :结构简单、价格低廉,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,管外对流传热系数小. 6.3 蛇管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 6.3 蛇管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 6.3 蛇管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 6.3 蛇管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 (2)喷淋式换热器 喷淋式换热器也为蛇管式换热器,多用作冷却器.这种换 热器是将蛇管成行地固定在钢架上,热流体在管内流动, 自最下管进入,由最上管流出.冷水由最上面的淋水管流 下,均匀地分布在蛇管上,并沿其两侧逐排流经下面的管 子表面,最后流入水槽而排出,冷水在各排管表面上流过 时,与管内流体进行热交换. 6.3 蛇管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 6.3 蛇管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 这种换热器的管外形成一层湍动程度较高的液膜,因而 管外对流传热系数较大.另外,喷淋式换热器常放置在室外 空气流通处,冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量,提 高了冷却效果.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热 效果要好得多.同时它还便于检修和清洗等优点.其缺点是 喷淋不易均匀. 6.3 蛇管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管,并由U型弯头连接而成.每一段套管称为一程,每程有效长度 约为4~6m,若管子过长,管中间会向下弯曲.在套管式换 热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙适当选择两管 的管径,两流体均可得到较高的流速,且两流体可以为逆流 ,对传热有利.另外,套管式换热器构造较简单,能耐高压 ,传热面积可根据需要增减,应用方便 缺点:管间接头多,易泄露,占地较大,单位传热面 消耗的金属量大.因此它较适用于流量不大,所需传热面积 不多而要求压强较高的场合. 6.4 套管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 2009-4-26 6.4 套管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26

一、列管式换热器的构造和型式 列管式换热器主要由壳体、管束、管板(又称花板)和顶盖 (又称封头)等部件构成. 优点 :单位体积所具有的传热面积大,结构紧凑、紧固传热效 果好.能用多种材料制造,故适用性较强,操作弹性较大,尤 其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器. 在列管式换热器中,由于管内外流体温度不同,管束和壳体的 温度也不同,因此它们的热膨胀程度也有差别.若两流体的温 差较大,就可能由于热应力而引起设备变形,管子弯曲,甚至 破裂或从管板上松脱.因此,当两流体的温差超过50℃时,就 应采用热补偿的措施. 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 根据热补偿方法的不同,列管式换热器分为以下几种主要形式: (1)固定管板式 固定管板式的两端管板和壳体制成一体.因此它具有结构简 单和成本低的优点.但是壳程清洗和检修困难,要求壳程流体必 须是洁净而不易结垢的物料.当两流体的温差较大时,应考虑热 补偿.即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈,当外壳和管束热膨 胀不同时,补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩),以适应外壳和 管束不同的热膨胀程度.这种补偿方法简单,但不宜应用两流体 温差过大(应不大于70℃)和壳程流体压强过高的场合. 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 (2)浮头式换热器 浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体,可 以沿轴向自由浮动.这种结构不但完全消除了热应力的影响, 且由于固定端的管板以法兰与壳体连接,整个管束可以从壳体 中抽出,因此便于清洗和检修.故浮头式换热器应用较为普遍 ,但它的结构比较复杂,造价较高. 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 (3)U型管式换热器 U型管式换热器每根管子都弯成U型,进出口分别安装在 同一管板的两侧,封头用隔板分成两室.这样,每根管子可以 自由伸缩.而与其他管子和壳体均无关.这种换热器结构比浮 头式简单,重量轻,但管程不易清洗,只适用于洁净而不易结 垢的流体,如高压气体的换热. 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26

二、列管式换热器的选用和设计 ① 流程的选择 a、不洁净或易于分解结垢的物料应当流经易于清洗的一侧. 对于直管管束,上述物料一般应走管内,但当管束可以拆出清 洗时,也可以走管外;

b、需要提高流速以增大其对流传热系数的流体应当走管内, 因为管内截面积通常都比管间的截面积小,而且易于采用多管 程以增大流速;

6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 c、具有腐蚀性的物料应走管内,这样可以用普通材料制造壳 体,仅仅管子,管板和封头要采用耐蚀材料;

d、压力高的物料走管内,这样外壳可以不承受高压;

e、温度很高(或很低)的物料应走管内以减少热量(或冷量 )的散失.当然,如果为了更好地散热,也可以让高温的物料 走壳程;

f、蒸汽一般通入壳程,因为这样便于排出冷凝液,而且蒸汽 较清洁,其对流传热系数又与流速关系小;

6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 g、粘度大的流体,一般在壳程空间流过,因在设有挡板的壳 程中流动时,流道截面和流向都在不断改变,在低Re数下( Re>

100)即可达到湍流,有利于提高管外流体的对流传热系 数;

②流速的选择 选择适宜的流速十分重要,表6-1和表6-2列出了一些工业上常 用的流速范围,可供参考. 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 ③换热管规格及其在管板上的排列方法 ④阻力损失的计算 ⑤列管式换热器的选用和设计计算步骤 a、计算传热量及逆流平均温度差;

b、试选适当型号的换热器;

c、核算总传热系数;

d、计算传热面积;

e、计算管、壳程阻力损失. 6.5 列管式换热器 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 www.fineprint.cn 2009-4-26 所谓换热器的强化,就是力求使换热设备的传热速率尽 可能增大,力图用较少的传热面积........