传热换热器实用版课件.pptx
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- 传热 换热器 实用 课件
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1、2023年2月8日第四章第四章 传热传热一、换热器的类型一、换热器的类型二、列管式换热器的基本型式二、列管式换热器的基本型式三、新型换热器三、新型换热器四、各种间壁式换热器的比较和四、各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径传热的强化途径第七节第七节 换热器换热器牛牛文库文档分享2023年2月8日一、换热器的类型一、换热器的类型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 管式板式翅片式牛牛文库文档分享2023年2月8日1 1、管式换热器、管式换热器 1 1)沉浸式换热器)沉浸式换热器 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
2、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。牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日2 2)喷淋式换热器)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
3、内流体进行热交换。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牛牛文库文档分享2023年2月8日流通处,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。3 3)套管式换热器)套管式换热器 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46m,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,另一种流体走环隙牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享
4、2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日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。4 4)列管式换热器)列管式换热器 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,操作弹性牛牛文库文档分享2023年2月8日较大,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
5、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。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 牛牛文库文档分享2023年2月8日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
6、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。牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日(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。(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,每根管子牛牛文库文档分享但提高介质的温度必
7、须考虑到技术上的可能和经济上的合理。螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成,在其内部形成两个同心的螺旋形通道。当冷热两流体的极限温度超过110或壳程流体易结垢、有腐蚀时选浮头式;由于各项热阻所占比重不同,故应设法减小其中较大的热阻。平板式换热器的优点是:2)结构紧凑:一般板间距为46mm,单位体积设备可提供的传热面为2501000m2/m3(列管式换热器只有40150 m2/m3)。由于各项热阻所占比重不同,故应设法减小其中较大的热阻。FA19,正三角形排列;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
8、热。近年来用翅片管制成的空气冷却器(简称空冷器)在化工中应用很广。0MPa,压强过高容易泄露。增加了板的刚度以防止板片受压时变形,同时又使流体分布均匀,增强了流体湍动程度和加大了传热面积,有利于传热。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,应用方便板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的换热器,过去由于制造成本较高,仅用于宇航、电子、原子能等少数部门。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。当然,加装翅片会使设备费提高,但一般,当两种流体的对流传热系数之比超过3:1,采用翅片管换热器经济上是合算的。板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的换热器,
9、过去由于制造成本较高,仅用于宇航、电子、原子能等少数部门。冷热流体交错地在板片两侧流过,通过板片进行换热。(1)提高流速,加大Re数,以减薄层流底层,例如增加列管式换热器中的管程数和壳体中的挡板数,可分别提高管程和壳程的流速。2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日可以自由伸缩。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。2 2、板式换热器、板式换热器 1 1)夹套式换热器)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
10、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 牛牛文库文档分享2023年2月8日或冷却。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。2 2)螺旋板式换热器)螺旋板式换热器 螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成,在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日设有隔板
11、,将螺旋形通道隔开,两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧焊有盖板。冷热流体分别通过两条通道,在器内逆流流动,通过薄板进行换热。螺旋板式换热器的优点:1)传热系数高:螺旋流道中的流体由于惯性离心力的作用和定距柱的干扰,在较低的雷诺数(一般Re=14001800或更低些)下即达到湍流,并且允许选用较高的流速(对液体为2m/s,气体为20m/s),故传热系数较高。如水对水的换热,其传热系数可达20003000W/(m2.K),而列管式换热器一般为10002000 W/(m2.K)。牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库
12、文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享FB25.而与其他管子和壳体均无关。例如水对水的传热系数可达15004700W/(m2.平板式换热器简称板式换热器,是由一组长方形的薄金属板平行排列,加紧组装于支架上而构成。长管可节省金属,一般采用L6米的管子管壳式换热器的选用及校核计算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。增大K值是在强化过程中应该着重考虑的方面。几种常见的蛇管形式如图所示。53mm,通常压制成凹凸地波纹状。在螺旋板两侧焊有盖板。例如水对水的传热系数可达15004700W/(m2.由于翅片促进了流体的湍动并破坏了热边界层的发展,故其传热系数较高;的厚度调节通
13、道的大小。通常用铝合金制造,故重量轻,在相同的传热面下,其重量约为列管式的十分之一。3)具有可拆结构:可根据需要,用调节板片数目的方法增减传热面积。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。平板式换热器简称板式换热器,是由一组长方形的薄金属板平行排列,加紧组装于支架上而构成。喷淋式换热器也为蛇管式换热器,多用作冷却器。铝合金不仅导热系数高,而且在零度以下操作时,其延性和抗拉强度都很高,适用于低温和超低温的场合,故操作范围广,可在200至绝对零度范围内使用。2023年2月8日牛牛文库文档分享
14、2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日2)不易结垢和堵塞:由于流体的速度较高,又有惯性离心力的作用,流体中悬浮的颗粒被抛向螺旋形通道的外缘而受到流体本身的冲刷,故螺旋板换热器不易结垢和堵塞,适合处理悬浮液及粘度较大的介质。3)能利用温度较低的热源:由于流体流动的流道较长和两流体可进行完全逆流,故可在较小的温差下操作,能充分利用温度较低的热源。4)结构紧凑:单位体积的传热面积为列管式的3倍,可节约金属材料。牛牛文库文档分享2023年2月8日螺旋板换热器的主要缺点是:(1)操作压强和温度不宜太高:目前最高操作压强不超过2MPa,温度不超过300400。(2)不易检修:因整个换热器被焊
15、成一体,一旦损坏,修理很困难。3 3)平板式换热器)平板式换热器 平板式换热器简称板式换热器,是由一组长方形的薄金属板平行排列,加紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片,压紧后板间形成密封的流体通道,且可用垫片牛牛文库文档分享2023年2月8日的厚度调节通道的大小。每块板的四个角上,各开一个圆孔,其中有一对圆孔和一组板间流道相通,另外一对圆孔则通过在孔的周围放置垫片而阻止流体进入该组板间的通道。这两对圆孔的位置在相邻板上是错开的以分别形成两流体的通道。冷热流体交错地在板片两侧流过,通过板片进行换热。板片厚度约为0.53mm,通常压制成凹凸地波纹状。例如人字形波纹板。增加了板的刚度以防止
16、板片受压时变形,同时又使流体分布均匀,增强了流体湍动程度和加大了传热面积,有利于传热。牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享3)能利用温度较低的热源:由于流体流动的流道较长和两流体可进行完全逆流,故可在较小的温差下操作,能充分利用温度较低的热源。在螺旋板两侧焊有盖板。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。管壳式换热器的选用及设计原则的厚度调
17、节通道的大小。0MPa,压强过高容易泄露。二、无相变时管壳式换热器的给热系数热管最初主要应用于宇航和电子工业部门,近年来在很多领域都受到了广泛的重视,尤其在工业余热的利用上取得了很好的效果。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。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。设有隔板,将螺旋形通道隔开,两板之间焊有定距柱以维持通道间距。螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成,在其内部形成两个同心的螺旋形通道。3)具有可拆结构:可根据需要,用调节板片数目的方法增减传热面积。而与其他管子和壳体均
18、无关。而与其他管子和壳体均无关。增大K值是在强化过程中应该着重考虑的方面。由于换热器中的传热过程是稳态的串联传热过程,欲提高K值,就必须减小对流传热热阻、污垢热阻和管壁热阻。1)翅片管换热器FA金属耗量低,小管有利传热,可承受较高压力,但壳程不易清洗;2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日牛牛文库文档分享2023年2月8日平板式换热器的优点是:1)传热系数高:由于平板式换热器中板面有波纹或沟槽,可在低雷诺数(Re=200左右)下即达到湍流。而且板片厚度又小,故传热系数大。例如水对水的传热系数可达15004700W
19、/(m2.)。2)结构紧凑:一般板间距为46mm,单位体积设备可提供的传热面为2501000m2/m3(列管式换热器只有40150 m2/m3)。平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上。牛牛文库文档分享2023年2月8日3)具有可拆结构:可根据需要,用调节板片数目的方法增减传热面积。操作灵活性大,检修、清洗也都比较方便。平板式换热器的主要缺点是允许的操作压强和温度都比较低。通常操作压强低于1.5MPa,最高不超过2.0MPa,压强过高容易泄露。操作温度受垫片材料的耐热性限制,一般不超过250。另外由于两板的间距仅几毫米,流通面积较小,流速又不大,处理量较小。螺旋板式换热器和平板式换热器都具有结
20、构紧凑,材料消耗低,传热系数大的特点,都属于新型的高效紧凑式换热器。这类换热器一般都不耐高温高压,但对于压强较低,温度不高或腐蚀性强而需用贵重材料的场合,则显示出更大的优越性,目前已广泛应用于食品、轻工和化学等工业。牛牛文库文档分享2023年2月8日3 3、翅片式换热器、翅片式换热器 1 1)翅片管换热器翅片管换热器 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成,翅片与管表面的连接应紧密无间,否则连接处的接触热阻很大,影响传热效果。常用的连接方法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此外,翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等方法制造。当两种流体的对流传热系数相差较大时,在传热系数较小的一侧加翅片
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