POLYTECHNIC 第六章换热器 TECHN 换热器:实现热量交换的设备。 换热器是工艺过程必不可少的单元设 热流体 备,广泛用于石油、化工、轻工、制药、 食品、机械、冶金、动力等工程领域中。 61换热器的分类与结构形式 POLY 6.1.1换热器的分类 INNER MIONGOI 6.1.1.1按作用原理分 POLYTECHNIC UNIVERSIL 直接接触式换热器(混和式换热器) N适于冷、热流体允许混和的场合。W冷 冷、热流体直接接触,相互混和传递 热量。特点是结构简单,传热效率高。 如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷∽ 凝器等 2021年2月23日 OLYTECHNIC UNIVERSITY 1/120
2021年2月23日 1/120 第六章 换热器 换热器：实现热量交换的设备。 换热器是工艺过程必不可少的单元设 备，广泛用于石油、化工、轻工、制药、 食品、机械、冶金、动力等工程领域中。 6.1 换热器的分类与结构形式 6.1.1 换热器的分类 6.1.1.1 按作用原理分 1.直接接触式换热器(混和式换热器) 冷、热流体直接接触，相互混和传递 热量。特点是结构简单，传热效率高。 适于冷、热流体允许混和的场合。 如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷 凝器等。 热流体 冷流体
TECHN 2.蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器 借助于热容量较大的固体蓄热体, 将热量由热流体传给冷流体。当蓄 热流体 冷流体 热体与热流体接触时,从热流体处 → 接受热量,蓄热体温度升高,然后 一与冷流体接触,将热量传递给冷流 热的目的。特点是结构简单,可耐NCUN 高温,体积庞大,不能完全避免两 种流体的混和。 适于高温气体热量的回收或冷却。 VI O 如回转式空气预热器。 1N热流体NE 冷流体 DLYECHNIC UNIVERSITY POLYTECH 2021年2月23日 2/120
2021年2月23日 2/120 2.蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器) 借助于热容量较大的固体蓄热体， 将热量由热流体传给冷流体。当蓄 热体与热流体接触时，从热流体处 接受热量，蓄热体温度升高，然后 与冷流体接触，将热量传递给冷流 体，蓄热体温度下降，从而达到换 热的目的。特点是结构简单，可耐 高温，体积庞大，不能完全避免两 种流体的混和。 适于高温气体热量的回收或冷却。 如回转式空气预热器。 热流体 热流体 冷流体 冷流体
p3间壁式换热器(表面式换热器、间接式换热器) TECHNI 冷、热流体被固体壁面隔开,互不接触,热量由热流体通过壁 面传递给冷流体。形式多样,应用广泛。本章介绍此类换热器 适于冷、热流体不允许混和的场合。 如各种管壳式、板式结构的换热器。 6.11.2按用途分 L加热器:用于把流体加热到所需温度,被加热流体在加热过程 中不发生相变。 2预热器:用于流体的预热,以提高整套工艺装置的效率。 3过热器:用于加热饱和蒸汽,使其达到过热状态。 4蒸发器:用于加热液体,使其蒸发汽化 15再沸器:用于加热已被冷凝的液体,使其再受热汽化为蒸馏 过程专用设备。 R 6冷却器:用于冷却流体,使其达到所需温度 7冷凝器:用于冷却凝结性饱和蒸汽,使其放出潜热而凝结液化 2021年2月23日 OLYECHNIC UNIT 3/120
2021年2月23日 3/120 3.间壁式换热器(表面式换热器、间接式换热器) 冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁 面传递给冷流体。形式多样，应用广泛。本章介绍此类换热器。 适于冷、热流体不允许混和的场合。 如各种管壳式、板式结构的换热器。 6.1.1.2 按用途分 1.加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程 中不发生相变。 2.预热器：用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。 3.过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。 4.蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。 5.再沸器：用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。为蒸馏 过程专用设备。 6.冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。 7.冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化
06.1.1.3按传热面形状和结构分 TECHN 1.管式换热器 N正 R MONGO 通过管子璧面进行传热的换热器。按传热管的结构形式 可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅 片式换热器等。应用最广 2板式换热器 通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分 为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。 3特殊形式换热器 根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如 α回转式、热管、同流式换热器等 INNER MONGOL IA OLYTECHNIC UNIVERSITY POLYTECHNIC 2021年2月23日 4/120
2021年2月23日 4/120 6.1.1.3 按传热面形状和结构分 1.管式换热器 通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结构形式 可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅 片式换热器等。应用最广。 2.板式换热器 通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分 为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。 3.特殊形式换热器 根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如 回转式、热管、同流式换热器等
e614按所用材料分)牙 TECHN 1金属材料换热器 INNER MONGOLIA 由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合 金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属」 材料导热系数大,故此类换热器的传热效率高 2.非金属材料换热器 1 有非金属材料制成的换热器。常用的材料有石墨、玻璃 塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小,故此类换热 器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系 DINOLA TOd LIScHIN VI O INNER MONGOL IA POLYTECHNIC 证 R MCNGOI 2021年2月23日 OLYTECHNIC UNIVER 5/120
2021年2月23日 5/120 6.1.1.4 按所用材料分 1.金属材料换热器 由金属材料加工制成的换热器。常用的材料有碳钢、合 金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属 材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。 2.非金属材料换热器 有非金属材料制成的换热器。常用的材料有石墨、玻璃、 塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热 器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系
ox61.2换热器的结构形式行 TECHN 6.21管式换热器的结构形式 61.2.1.1列管式换热器(管壳式换热器) 它结构紧凑,单位体积所具有的传热面积较大(40 150m3/m),传热效果好,适应性强,操作弹性大,尤其 适用于高温、高压和大型装置中,是管式换热器中应用 最普遍的换热器 在列管式换热器中,由于管内外流体温度不同,使管 束和壳体的受热程度不同,导致它们的热膨胀程度出现 差别。若两流体温差较大,就可能由于热应力而引起设上 备的变形,管子弯曲甚至破裂,严重时从管板上脱落。 热膨胀的影响,采取相应的热补偿措施。根据热补偿方 法的不同,列管式换热器分为三种形式:w OLYTECHNIC UNIVERSITY POLYTECHNIC 2021年2月23日 6/120
2021年2月23日 6/120 6.1.2 换热器的结构形式 6.1.2.1 管式换热器的结构形式 6.1.2.1.1 列管式换热器(管壳式换热器) 它结构紧凑，单位体积所具有的传热面积较大(40～ 150m2 /m3 )，传热效果好，适应性强，操作弹性大，尤其 适用于高温、高压和大型装置中，是管式换热器中应用 最普遍的换热器。 在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，使管 束和壳体的受热程度不同，导致它们的热膨胀程度出现 差别。若两流体温差较大，就可能由于热应力而引起设 备的变形，管子弯曲甚至破裂，严重时从管板上脱落。 因此当两流体的温度差超过50℃时，就应从结构上考虑 热膨胀的影响，采取相应的热补偿措施。根据热补偿方 法的不同，列管式换热器分为三种形式：
1,固定管板式换热器》1{ 1挡板 2补偿圈 3放气嘴 它是将两端管板和壳体连接在一起,因而具有结构简单,造价 低廉的优点,但由于壳程清洗和检修困难,管外物料应清洁、不 易结垢。对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈(或称膨 胀节),通过补偿圈发生弹性变形拉伸或压缩)来适应外壳和管束 不同的膨胀程度,如图示。这种补偿方法简单但有限,只适用于 两流体温差小于70℃,壳程流体压强小于0.6MPa的场合。 DLYECHNIC UNIVERSITY POLYTECHNIC 2021年2月23日 7/120
2021年2月23日 7/120 1.固定管板式换热器 1.挡板 2.补偿圈 3.放气嘴 它是将两端管板和壳体连接在一起，因而具有结构简单，造价 低廉的优点，但由于壳程清洗和检修困难，管外物料应清洁、不 易结垢 。对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈(或称膨 胀节)，通过补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)来适应外壳和管束 不同的膨胀程度，如图示。这种补偿方法简单但有限，只适用于 两流体温差小于70℃，壳程流体压强小于0.6MPa的场合
2浮头式换热器1)了大守 TECHN 1.管程隔板 2壳程隔板 3浮头 INNER MCNUS 它是将σ端管板与壳体相连,而另一端管板不与壳体固定连接,可 以沿轴向自由浮动,如图示。这种结构不但可完全消除热应力,而且在 清洗和检修时整个管束可以从壳体中抽出。因而尽管其结构复杂,造价 高,但应用较为普遍。 NER MCNGOL IA SITY POLYTECHN 2021年2月23日 OLYTECHNIC UNIVERS 8/120
2021年2月23日 8/120 2.浮头式换热器 它是将一端管板与壳体相连，而另一端管板不与壳体固定连接，可 以沿轴向自由浮动，如图示。这种结构不但可完全消除热应力，而且在 清洗和检修时整个管束可以从壳体中抽出。因而尽管其结构复杂，造价 高，但应用较为普遍。 1.管程隔板 2.壳程隔板 3.浮头
POLYTECHNIC TECHN 3U型管式换热器 ATR MONGOLIA 1.U形管 2壳程隔板 3管程隔板 它是将每根管子都弯成U型状,两端固定在同一管板的两 侧,管板用隔板分成两室,如图示。这种结构使得每根管 子可以自由伸缩,与其它管子和壳体无关,从而解决了热 补偿问题。这种换热器结构简单,可用于高温高压,但管 程不易清洗,而且因管子需要一定的弯曲半径,故管板的 利用率低。 2021年2月23日 OLYTECHNIC UNIVERS 9/120
2021年2月23日 9/120 3.U型管式换热器 它是将每根管子都弯成U型状，两端固定在同一管板的两 侧，管板用隔板分成两室，如图示。这种结构使得每根管 子可以自由伸缩，与其它管子和壳体无关，从而解决了热 补偿问题。这种换热器结构简单，可用于高温高压，但管 程不易清洗，而且因管子需要一定的弯曲半径，故管板的 利用率低。 1.U形管 2.壳程隔板 3.管程隔板
a6112蛇管式换热器火行 1沉浸式蛇管换热器1 R MONGOLIA 蛇管多以金属管弯绕而成,或制成适应 各种容器需要的形状,沉浸在容器中。 两种流体分别在管内外流动通过蛇管表 面进行换热,如图所示。其优点是结构 简单,制造方便,能承受高压,可用耐 腐蚀材料制造。缺点是容器内液体湍动 程度低,管外对流传热系数小,传热效 果可通过增设搅拌提高,此外传热面积 0有限,主要用于传热量不大的容器中。 OLYTECHNIC UNIVERSITY POLYTECHNIC UNE 2021年2月23日 10/120
2021年2月23日 10/120 6.1.2.1.2 蛇管式换热器 1. 蛇管多以金属管弯绕而成，或制成适应 各种容器需要的形状，沉浸在容器中。 两种流体分别在管内外流动通过蛇管表 面进行换热，如图所示。其优点是结构 简单，制造方便，能承受高压，可用耐 腐蚀材料制造。缺点是容器内液体湍动 程度低，管外对流传热系数小，传热效 果可通过增设搅拌提高，此外传热面积 有限，主要用于传热量不大的容器中