換熱器培訓(xùn)課件

1、主要內(nèi)容1、概述2、換熱器的分類3、換熱器的結(jié)構(gòu)形式4、結(jié)垢的危害和清洗5、換熱器傳熱過程的強(qiáng)化6、苯乙烯裝置換熱器舉例7、換熱器故障分類 1、概述、概述 換熱器是實(shí)現(xiàn)熱量交換的設(shè)備，化工生產(chǎn)需要換熱器是實(shí)現(xiàn)熱量交換的設(shè)備，化工生產(chǎn)需要大規(guī)模地改變物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，而這大規(guī)模地改變物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，而這些性質(zhì)的變化都涉及熱能的傳遞，主要應(yīng)用在：些性質(zhì)的變化都涉及熱能的傳遞，主要應(yīng)用在：（1）化學(xué)反應(yīng)：向反應(yīng)器提供熱量或從反應(yīng)器移）化學(xué)反應(yīng)：向反應(yīng)器提供熱量或從反應(yīng)器移走熱量；走熱量；（2）蒸發(fā)、蒸餾、干燥：按一定的速率向這些設(shè)）蒸發(fā)、蒸餾、干燥：按一定的速率向這些設(shè)備輸入熱量；

2、備輸入熱量；（3）高溫或低溫設(shè)備：隔熱保溫，減少熱損失；）高溫或低溫設(shè)備：隔熱保溫，減少熱損失；（4）熱能的合理利用和廢熱回收。）熱能的合理利用和廢熱回收。 使用換熱設(shè)備是為了達(dá)到加熱或冷卻的目的，使用換熱設(shè)備是為了達(dá)到加熱或冷卻的目的，如果將那些需要加熱的流體與需要冷卻的流體，如果將那些需要加熱的流體與需要冷卻的流體，經(jīng)過換熱設(shè)備相互換熱，既可回收熱量，又可降經(jīng)過換熱設(shè)備相互換熱，既可回收熱量，又可降低冷卻水的消耗。低冷卻水的消耗。熱量傳遞的方式（1）熱傳導(dǎo)：依靠物體中微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)，如固體中的傳熱；（2）熱對(duì)流：流體質(zhì)點(diǎn)（微團(tuán)）發(fā)生宏觀相對(duì)位移而引起的傳熱現(xiàn)象，對(duì)流傳熱只能發(fā)生在流體中，

3、通常把傳熱表面與接觸流體的傳熱也稱為對(duì)流傳熱；（3）熱輻射：高溫物體以電磁波的形式進(jìn)行的一種傳熱現(xiàn)象，熱輻射不需要任何介質(zhì)做媒介；在高溫情況下，輻射傳熱成為主要傳熱方式。 比較換熱設(shè)備的指標(biāo)a) 效率要高。效率高就要求其傳熱系數(shù)大，傳熱系數(shù)是指在單位時(shí)間內(nèi)、單位面積上溫度每變化一度所傳遞的熱量。b) 結(jié)構(gòu)緊湊。要使換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊就要求其比表面積大，比表面積是指單位體積的換熱設(shè)備所具有的傳熱面積，即傳熱面積與換熱設(shè)備體積之比。c) 節(jié)省材料。要做到此點(diǎn)要求其比重量要小，所謂比重量是指單位傳熱面積所耗用的金屬量，即換熱設(shè)備總金屬用量與傳熱面積之比。d) 壓力降要小。流體在設(shè)備中流動(dòng)阻力小、壓力

4、損失就小，節(jié)省動(dòng)力、操作成本降低。e) 要求結(jié)構(gòu)可靠、制造成本低，便于安裝、檢修、使用周期長(zhǎng)。由于要全面滿足上述要求是非常困難的，因而產(chǎn)生了各種各樣的換熱器，以適應(yīng)各種特定的工藝條件。1）直接接觸式換熱器(混和式換熱器) 冷、熱流體直接接觸，相互混和傳遞熱量。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高。適于冷、熱流體允許混和的場(chǎng)合。如涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。2）蓄熱式換熱器(回流式換熱器、蓄熱器) 借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體傳給冷流體。當(dāng)蓄熱體與熱流體接觸時(shí)，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升高，然后與冷流體接觸，將熱量傳遞給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達(dá)到換熱的目的。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

5、簡(jiǎn)單，可耐高溫，體積龐大，不能完全避免兩種流體的混和。適于高溫氣體熱量的回收或冷卻。如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。3）間壁式換熱器(表面式和間接式換熱器) 冷、熱流體被固體壁面隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過壁面?zhèn)鬟f給冷流體。形式多樣，應(yīng)用廣泛。 適于冷、熱流體不允許混和的場(chǎng)合。 如各種管殼式、板式結(jié)構(gòu)的換熱器。2、換熱器的分類2.1 按作用原理分 2.2 按用途分1.加熱器：用于把流體加熱到所需溫度，被加熱流體在加熱過程中不發(fā)生相變。2.預(yù)熱器：用于流體的預(yù)熱，以提高整套工藝裝置的效率。3.過熱器：用于加熱飽和蒸汽，使其達(dá)到過熱狀態(tài)。4.蒸發(fā)器：用于加熱液體，使其蒸發(fā)汽化。5.再沸器：用于加熱已被冷凝

6、的液體，使其再受熱汽化。為蒸餾過程專用設(shè)備。6.冷卻器：用于冷卻流體，使其達(dá)到所需溫度。7.冷凝器：用于冷卻凝結(jié)性飽和蒸汽，使其放出潛熱而凝結(jié)液化。2.3 按傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)分1.管式換熱器通過管子壁面進(jìn)行傳熱的換熱器。按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式可分為管殼式換熱器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、翅片式換熱器等。應(yīng)用最廣。2.板式換熱器通過板面進(jìn)行傳熱的換熱器。按傳熱板的結(jié)構(gòu)形式可分為平板式、螺旋板式、板翅式、熱板式換熱器等。3.特殊形式換熱器根據(jù)工藝特殊要求而設(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器。如回轉(zhuǎn)式、熱管、同流式換熱器等。 2.4 按所用材料分1.金屬材料換熱器由金屬材料加工制成的換熱器。常用的材料有碳鋼、

7、合金鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等。因金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)大，故此類換熱器的傳熱效率高。2.非金屬材料換熱器由非金屬材料制成的換熱器。常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金屬材料導(dǎo)熱系數(shù)較小，故此類換熱器的傳熱效率較低。常用于具有腐蝕性的物系。換熱器分類小結(jié)換熱器分類小結(jié)： 按作用原理分：1.直接接觸式換熱器2.蓄熱式換熱器(回流式換熱器、蓄熱器)3.間壁式換熱器(表面式和間接式換熱器)按用途分：1.加熱器2.預(yù)熱器3.過熱器4.蒸發(fā)器 5.再沸器6.冷卻器7.冷凝器按傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)分1.管式換熱器2.板式換熱器3.特殊形式換熱器按作用材料分：1.金屬材料換熱器2.非金屬材料換熱

8、器3 換熱器的結(jié)構(gòu)形式 3.1 管式換熱器的結(jié)構(gòu)形式3.1.1 列管式換熱器(管殼式換熱器) 它結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積所具有的傳熱面積較大(40150m2/m3)，傳熱效果好，適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，尤其適用于高溫、高壓和大型裝置中，是管式換熱器中應(yīng)用最普遍的換熱器。在列管式換熱器中，由于管內(nèi)外流體溫度不同，使管束和殼體的受熱程度不同，導(dǎo)致它們的熱膨脹程度出現(xiàn)差別。若兩流體溫差較大，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，管子彎曲甚至破裂，嚴(yán)重時(shí)從管板上脫落。因此當(dāng)兩流體的溫度差超過50時(shí)，就應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮熱膨脹的影響，采取相應(yīng)的熱補(bǔ)償措施。根據(jù)熱補(bǔ)償方法的不同，列管式換熱器分為三種形式： 1.固定管板式

9、換熱器 它是將兩端管板和殼體連接在一起，因而具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)，但由于殼程清洗和檢修困難，管外物料應(yīng)清潔、不易結(jié)垢 。對(duì)溫差稍大時(shí)可在殼體的適當(dāng)部位焊上補(bǔ)償圈(或稱膨脹節(jié))，通過補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形(拉伸或壓縮)來適應(yīng)外殼和管束不同的膨脹程度。這種補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單但有限，只適用于兩流體溫差小于70，殼程流體壓強(qiáng)小于0.6MPa的場(chǎng)合。 固定管板換熱器的主要特點(diǎn)：該換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、沒有殼程密封的問題，而且往往是管板兼作法蘭。其適用于：a) 管、殼程溫差較大，但壓力不高的場(chǎng)合(因?yàn)闇夭畲?，要加膨脹?jié)，而膨脹節(jié)耐壓能力差)b) 管、殼程溫差不大，而壓力較高的場(chǎng)合；c) 殼程無法機(jī)械

10、清洗，故要求殼程介質(zhì)干凈；或雖會(huì)結(jié)垢，但通過化學(xué)清而能去除的場(chǎng)合；d) 布管多，鍛件少，一次性投資低；但不可更換管束，整臺(tái)設(shè)備往往由換熱管損壞而更換，故設(shè)備運(yùn)行周期短。使用壓力和溫度的限制： 由于換熱管、管板和殼體焊在一起，故換熱管與殼體間的金屬壁溫差引起的溫差應(yīng)力是其致命的弱點(diǎn)，因?yàn)樵诠潭ü馨鍝Q熱器的管板溫差應(yīng)力計(jì)算中，要校核以下三個(gè)方面的應(yīng)力和力： 按有溫差的各種工況算出的殼體軸向應(yīng)力， 換熱管軸向應(yīng)力， 換熱管與管板之間連接拉脫力 三項(xiàng)中有一項(xiàng)不能滿足強(qiáng)度條件時(shí)，就需設(shè)置膨脹節(jié)；根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)殼體與換熱管金屬溫差(注意不是介質(zhì)溫差)高于50時(shí)一般應(yīng)設(shè)置膨脹節(jié)，GB16749壓力容器用波

11、形膨脹節(jié)規(guī)定最高使用壓力為6.4MPa,再高要用帶加強(qiáng)裝置的型膨脹節(jié)。故帶膨脹節(jié)的固定管板換熱器使用壓力不高，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造也趨于復(fù)雜。在壁溫差很小無需考慮溫差應(yīng)力時(shí)，固定管板式換熱器也有使用在很高壓力的場(chǎng)合，此時(shí)往往管板與管箱或管板與殼體做成整體型式，或者管板、管箱(頭蓋)和殼體三者成為一個(gè)整體，但一般高壓用得比較少，而低壓力、大直徑固定管板式換熱器用得很廣泛。 2.浮頭式換熱器 它是將一端管板與殼體相連，而另一端管板不與殼體固定連接，可以沿軸向自由浮動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)不但可完全消除熱應(yīng)力，而且在清洗和檢修時(shí)整個(gè)管束可以從殼體中抽出。因而盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，但應(yīng)用較為普遍。 浮頭換熱器的主

12、要特點(diǎn)如下：a)可抽式管束，當(dāng)換熱管為正方形或轉(zhuǎn)角正方形排列時(shí)，管束可抽出進(jìn)行管間機(jī)械清洗，適用于殼程易結(jié)焦及堵塞的工況；b)一端管板夾持，一端內(nèi)浮頭型式可自由浮動(dòng)，故無需考慮溫差應(yīng)力，可用于大溫差的場(chǎng)合；c)浮頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響排管數(shù)，加之處于殼程介質(zhì)內(nèi)的浮頭密封面操作中發(fā)生泄漏時(shí)很難采取措施；d)壓力試驗(yàn)時(shí)的試壓胎具復(fù)雜。 使用壓力和溫度的限制: 浮頭換熱器用于煉油行業(yè)中較多，內(nèi)浮頭結(jié)構(gòu)限制了使用壓力和溫度,故一般情況其使用限制為Pmax6.4 MPa; Tmax400（450），對(duì)于大直徑（DN1200mm），而壓力又較高時(shí)，浮頭端密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造尤其是浮頭內(nèi)螺柱熱松弛始終是個(gè)難題，而

13、對(duì)殼程為加熱介質(zhì)時(shí)，更為突出 。為此防浮頭熱應(yīng)力松馳泄漏作為作為重點(diǎn)予以考慮：a) 增大外頭蓋尺寸，以增加螺栓壓緊力；b) 探討采用波齒墊或浮頭螺栓增加防熱應(yīng)力松弛的蝶簧墊片；c) 浮頭螺柱的安裝因操作時(shí)無法熱緊，要給予特別的注意。 3.U型管式換熱器它是將每根管子都彎成U型狀，兩端固定在同一管板的兩側(cè)，管板用隔板分成兩室。這種結(jié)構(gòu)使得每根管子可以自由伸縮，與其它管子和殼體無關(guān)，從而解決了熱補(bǔ)償問題。這種換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用于高溫高壓，但管程不易清洗，而且因管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率低。U 形管式換熱器在換熱器中是唯一適用于高溫、高壓和高溫差的換熱器,特點(diǎn)如下：a）以U 形換熱管尾

14、端的自由浮動(dòng)解決溫差應(yīng)力，可用于高溫差；b）只有一塊管板，加之法蘭的數(shù)量也少，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且泄漏點(diǎn)少；c）可以進(jìn)行抽芯清洗；d）由于彎管Rmim (U形管彎管段的彎曲半徑)的限制，分程間距寬，故比固定管板換熱器排管略少。e）管程流速太高時(shí)，將會(huì)對(duì)U 形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕，影響壽命，尤其R 小的管子。f）換熱管泄漏時(shí)，除外圈U 形管外，不能更換，只能堵管。 4.釜式重沸器 釜式重沸器的管程采用U 形或浮頭管束（管頭試壓時(shí)，要另配試壓殼體），殼程為單（或雙）斜錐具有蒸發(fā)空間的殼體，一般為管程介質(zhì)加熱殼程介質(zhì)，故管程的溫度和壓力比殼體的高，適用于： a) 管、殼程溫差大的場(chǎng)合； b) 一般管程壓力

15、比殼程高，可采用 T 翅或表面多孔強(qiáng)化傳熱管； c) 塔底空間較小的場(chǎng)合； d) 汽化率較高的場(chǎng)合(3080%)； e) 重沸工藝介質(zhì)的液相作為產(chǎn)品或分離要求高的場(chǎng)合； f) 用作蒸汽發(fā)生器，對(duì)蒸汽品質(zhì)要求不高安裝空間受限制的場(chǎng)合。 5.填料函式換熱器 填料函式換熱器是另一種浮頭式換熱器，它的浮動(dòng)端采用填料密封浮動(dòng)管板（裙）可在填料函內(nèi)填料的壓力下，自由滑動(dòng)，以補(bǔ)償換熱管與殼體的膨脹差量。這類結(jié)構(gòu)直徑不能太大，壓力一般不高于2.5 MPa，且不能用于貴重介質(zhì)及危害介質(zhì)，當(dāng)介質(zhì)危害不是太大時(shí)，也可以采用雙填函密封加以彌補(bǔ)，之所以有使用是因其解決溫差應(yīng)力的成本較低。換熱器型號(hào)的表示方法級(jí)換熱器管/

16、殼程數(shù)，單殼程時(shí)寫公稱長(zhǎng)度（ ）， 換熱管外徑（）公稱換熱面積（）管/殼程設(shè)計(jì)壓力（),壓力相等時(shí)只寫公稱直徑（），對(duì)于釜式重沸器用分?jǐn)?shù)表示，分子為管箱內(nèi)直徑，分母為圓筒內(nèi)直徑。第一個(gè)字母代表前端管箱型式第二個(gè)字母代表殼體型式第三個(gè)字母代表后端結(jié)構(gòu)型式舉例說明舉例說明1、浮頭式換熱器平蓋管箱，公稱直徑500mm，管程和殼程設(shè)計(jì)壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積54，較高級(jí)冷拔換熱管外徑25mm，管長(zhǎng)6m，4管程單殼程的浮頭式換熱器，其型號(hào)為：AES500-1.6-54-6/25-42、固定管板式換熱器封頭管箱，公稱直徑700mm，管程設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，公稱換熱面積

17、200 ，較高級(jí)冷拔換熱管外徑25mm,管長(zhǎng)9m，4管程單殼程的固定管板式換熱器，其型號(hào)為：BEM700-2.5/1.6-200-9/25-43、U型管式換熱器封頭管箱，公稱直徑500mm，管程設(shè)計(jì)壓力4.0MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力1.6MPa，公稱換熱面積75 ，較高級(jí)冷拔換熱管外徑19mm,管長(zhǎng)6m，2管程單殼程的U型管式換熱器，其型號(hào)為：BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2 管殼式換熱器的主要零部件（一）換熱管及在管板上的排列方式換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，它直接與兩種介質(zhì)接觸，所以換熱管的形狀和尺寸對(duì)傳熱有很大的影響。傳熱管徑越小，小管徑利于承受壓力，因而管壁較薄且在相同的

18、殼徑內(nèi)可以排列較多的管子，使換熱器單位體積的傳熱面積增大、結(jié)垢緊湊，單位傳熱面積金屬耗量少，傳熱效率也稍高一些，但制造麻煩，且小直徑管子易結(jié)垢，不易清洗。對(duì)潔凈的流體可取小管徑，而對(duì)不潔凈或易結(jié)垢的流體管徑應(yīng)大些。管長(zhǎng)的選用應(yīng)考慮管材的合理使用和清洗方便，因我國(guó)生產(chǎn)的鋼管長(zhǎng)度多為6m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中的管長(zhǎng)有1.5，2，3或6m四種，其中以3m和6m最為普遍。在相同的傳熱面積的情況下，換熱管越長(zhǎng)則殼體、封頭的直徑和壁厚就越小，經(jīng)濟(jì)性越好；但換熱管過長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效果不再顯著且清洗、運(yùn)輸、安裝都不太方便。換熱管一般都用光管，為了強(qiáng)化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管及翅片管。此外管長(zhǎng)L和殼體直徑D的比例應(yīng)適當(dāng)，一

19、般以L/D46為宜。我國(guó)管殼式換熱器常用換熱管為：碳鋼、低合金鋼管有192、 252.5、 383、 573.5；不銹鋼管有252、 382.5。換熱管在管板上的排列形式有正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正方形等。三角形排列比較緊湊，管板利用率高，管外流體湍動(dòng)程度高，對(duì)流傳熱系數(shù)大，但管外清洗較困難；正方形排管少，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，但對(duì)流傳熱系數(shù)較小，管外清洗較方便，適用于易結(jié)垢的流體。轉(zhuǎn)角正方形則介于兩者之間。一般在固定管板式換熱器中多用三角形排列，浮頭式換熱器多用正方形排列。管子在管板上排列的間距t和管子與管板的連接方法有關(guān)。（二）管板及換熱管的連接管板一般采用圓形平板，在板上開孔并裝設(shè)換

20、熱管，在多管程換熱器中管板上還設(shè)置分程隔板。管板還起分隔管程和殼程空間，避免冷熱流體混合的作用。管板與換熱管間可采用脹接、焊接或二者并用的連接方式。管板與換熱管的脹接連接是利用管子與管板材料的硬度差（選材時(shí)管板材料硬度要高于管子材料硬度），使管子在管孔中在脹管器的作用下直徑擴(kuò)大并產(chǎn)生塑性變形，而管板只產(chǎn)生彈性變形，在脹管后管板在彈性恢復(fù)力的作用下與管子外表面緊緊貼合在一起，達(dá)到密封和緊固連接的目的，如圖所示。脹接連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于管子更換與修補(bǔ)，但不宜在高溫、高壓下工作。隨著溫度和壓力增高，脹接的密封性和牢固性將逐漸下降。焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起，這種連接形式工藝簡(jiǎn)單、不受管子與

21、管板材料硬度的限制，而且在高溫、高壓下仍能保持良好的連接密封性和牢固性，所以在高溫、高壓下甚至某些壓力并不太高的場(chǎng)合都使用焊接連接，如圖所示。焊接連接的缺點(diǎn)是只在管子端部與管板焊死，而沿管板厚度方向的大部分管段其外壁與管板之間存在環(huán)行間隙，在這些間隙中流體不流動(dòng)，及易造成“間隙腐蝕”，為消除間隙可采用脹接和焊接并用的連接方式。（三）殼體及管板的連接管殼式換熱器的殼體都是圓筒形的，直徑較小時(shí)用無縫鋼管制作，直徑較大時(shí)用鋼板卷制焊接而成；殼體所用材料及要求與一般的壓力容器相同。不同類型的管殼式換熱器其殼體與管板的連接方式不同，在固定管板式換熱器中，兩端管板均與殼體采用焊接連接，這種連接稱為管板與殼

22、體的不可拆連接；根據(jù)管板是否兼作法蘭其結(jié)構(gòu)不用，如圖所示，多數(shù)情況下采用管板兼作法蘭的結(jié)構(gòu)。在浮頭式、U形管式換熱器中固定端的管板與殼體采用可拆連接，將管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，這樣便于管束從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，如圖所示。（四）管箱管箱的作用是將進(jìn)入管程的流體均勻分布到各換熱管，把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還可通過設(shè)置隔板起分隔作用。管箱結(jié)構(gòu)如圖所示，其中圖（a）適用較清潔的介質(zhì)，因檢查管子及清洗時(shí)只能將管箱整體拆下，故不太方便；圖（b）在管箱上裝有平蓋，只要將平蓋拆下即可進(jìn)行清洗和檢查，所以工程應(yīng)用較多，但材料消耗多；圖（c）是將管箱與管板焊成一體，這

23、種結(jié)構(gòu)密封性好，但管箱不能單獨(dú)拆下，檢修、清洗都不方便，實(shí)際應(yīng)用較少。（五）折流板折流板是設(shè)置在殼體內(nèi)與管束垂直的弓形或圓盤圓環(huán)形平板，如圖所示。安裝折流板迫使殼程流體按照規(guī)定的路徑多次橫向穿過管束，既提高了流速又增加了湍流速度，改善了傳熱效果，在臥式換熱器中折流板還可起到支撐管束的作用。但在冷凝器中，由于冷凝傳熱系數(shù)與蒸汽在設(shè)備中的流動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，因此不需要設(shè)置折流板。換熱器安裝折流擋板是為了提高殼程對(duì)流傳熱系數(shù)，為了獲得良好的效果，折流擋板的尺寸和間距必須適當(dāng)。對(duì)常用的圓缺形擋板，弓形切口過大或過小，都會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)“死區(qū)”，均不利于傳熱，見P431圖6-30。一般弓形缺口高度與殼體內(nèi)徑之比為0

24、.150.45，常采用0.20和0.25兩種。擋板的間距過大，就不能保證流體垂直流過管束，使流速減小，管外對(duì)流傳熱系數(shù)下降；間距過小不便于檢修，流動(dòng)阻力也大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.21.0倍，我國(guó)系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為：固定管板式有150，300和600mm三種；浮頭式有150，200，300，480和600mm五種（六）管程和殼程數(shù)為了提高流速增大對(duì)流傳熱系數(shù)，可采用多管程。但程數(shù)增加將導(dǎo)致流動(dòng)阻力加大，平均溫度差下降，管板利用率差，應(yīng)綜合考慮。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1，2，4和6四種，采用多管程時(shí)，應(yīng)使各程管數(shù)大致相同。當(dāng)列管換熱器的溫差校正系數(shù)t0.8時(shí)，可采用多殼

25、程。如在殼內(nèi)安裝一塊與管束平行的隔板，流體在殼內(nèi)流經(jīng)兩次稱為兩殼程。但因在殼體內(nèi)安裝隔板比較困難，一般是將殼體分成多個(gè)，將所需管數(shù)分裝在直徑相等而較小的殼體中，然后將這些換熱器串聯(lián)使用。容易結(jié)垢的流體在固定管板式和浮頭式換熱器中走管程，在U形管式換熱器中走殼程，這樣便于清洗和除垢；若是在冷卻器中，一般是冷卻水走管程、被冷卻流體走殼程。流體的流向?qū)鳠嵋灿休^大的影響，為充分利用同一介質(zhì)冷熱對(duì)流的原理，以提高傳熱效率和減少動(dòng)力消耗，無論管程還是殼程，當(dāng)流體被加熱或蒸發(fā)時(shí)，流向應(yīng)由下向上；當(dāng)流體被冷卻或冷凝時(shí)應(yīng)由上向下。 3.1.2 蛇管式換熱器1.沉浸式蛇管換熱器蛇管多以金屬管彎繞而成，或制成適應(yīng)

26、各種容器需要的形狀，沉浸在容器中。兩種流體分別在管內(nèi)外流動(dòng)通過蛇管表面進(jìn)行換熱。優(yōu)點(diǎn):是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造。缺點(diǎn):是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外對(duì)流傳熱系數(shù)小，傳熱效果可通過增設(shè)攪拌提高，此外傳熱面積有限。用于:傳熱量不大的容器中。 2.噴淋式蛇管換熱器將蛇管成排地固定在支架上，冷卻水由最上層管的噴淋裝置中均勻淋下，沿管表面流過，與管內(nèi)熱流體換熱。優(yōu)點(diǎn)是傳熱效果較沉浸式好，傳熱面積大而且可以改變，檢修和清洗方便。缺點(diǎn)是噴淋不易均勻。用于管內(nèi)流體的冷卻，常設(shè)置在室外空氣流通處。 3.1.3 套管式換熱器將兩種直徑不同的直管制成同心套管，根據(jù)換熱要求將若干段套管連接組

27、合而成。 每段套管稱為一程，長(zhǎng)約46m，每程的內(nèi)管依次與下一程的內(nèi)管用U型彎頭連接，外管之間也由管子連通，可同時(shí)幾排并列，每排與總管相連。換熱時(shí)一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，而且兩種流體可始終保持逆流換熱，tm大。適當(dāng)選擇兩管的直徑，兩流體可得到較高的流速，故一般具有較高的傳熱系數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓，傳熱面積易于增減；缺點(diǎn)是設(shè)備結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬耗用量大。用于換熱量不大的場(chǎng)合。 3.1.4翅片管式換熱器它是在管的表面上加裝一定形式的翅片，有橫向和縱向兩類。翅片管換熱器主要用于兩種流體的對(duì)流傳熱系數(shù)相差較大時(shí)，在一側(cè)加裝翅片，從而增大傳熱面積，提高流體的湍動(dòng)程度，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。3

28、.2 板式換熱器的結(jié)構(gòu)形式為了使換熱器結(jié)構(gòu)更為緊湊，提高單位體積的傳熱面積，增加傳熱效果，以及適應(yīng)某些工藝過程的需要等，開發(fā)了以板狀作為傳熱面積的換熱器，稱為板式換熱器。1.平板式換熱器由一組長(zhǎng)方形的金屬薄板平行排列在一起，采用夾緊裝置組裝于支架上而構(gòu)成。而相鄰板間的邊緣襯有墊片，壓緊后板內(nèi)形成密封的液體通道。每塊板的4個(gè)角上有圓孔，其中一對(duì)圓孔和板間相通，而另外一對(duì)圓孔通過加裝墊片和板內(nèi)相隔，在相鄰板上錯(cuò)開以分別形成兩流體通道，從而使兩流體交錯(cuò)地流過板片兩側(cè)通過板片進(jìn)行換熱。板厚通常為0.53mm，板面壓制成波紋狀，兩板間距46mm，材質(zhì)一般為不銹鋼。波紋板式換熱器 1.固定壓緊板 2.夾緊

29、螺栓 3.前端板 4.換熱板片 5.密封墊片 6.后端板 7.下導(dǎo)板 8.后支柱 9.活動(dòng)壓緊板 10.上導(dǎo)板 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：傳熱效率高，比管殼式換熱器高幾倍以上；重量輕，占地面積?。贿m用于多種介質(zhì)換熱；清洗方便；很容易改變換熱面積；適用于油冷器、水冷器、蒸發(fā)器、冷凝器。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：允許的工作溫度低不適用于易堵塞介質(zhì)；膠墊密封處易泄露。板式換熱器優(yōu)缺點(diǎn)：板式換熱器優(yōu)缺點(diǎn)： 2.螺旋板式換熱器它是由兩張互相平行的薄金屬板，卷制成同心的螺旋形通道。在其中央設(shè)置隔板將兩通道隔開，兩板間焊有定距柱以維持通道間距，螺旋板兩側(cè)焊有蓋板和接管。兩流體分別在兩通道內(nèi)流動(dòng)，通過螺旋板進(jìn)行換熱。分為I型、II型、

30、III型和G型等幾種形式。 3.板翅式換熱器板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)型式很多，但是基本結(jié)構(gòu)是由平行隔板和各種型式的翅片構(gòu)成的板束組裝而成，如圖示。 板翅式換熱器一般用鋁合金制造，結(jié)構(gòu)緊湊、輕板翅式換熱器一般用鋁合金制造，結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，單位體積傳熱面積可達(dá)到巧，單位體積傳熱面積可達(dá)到25004000m2/m3，傳熱系數(shù)高，空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)可達(dá)到傳熱系數(shù)高，空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)可達(dá)到350W/m2K，承壓可達(dá)承壓可達(dá)5MPa。但容易堵塞，清但容易堵塞，清洗困難，不易檢修，適用于清潔和無腐蝕性流體洗困難，不易檢修，適用于清潔和無腐蝕性流體的換熱?，F(xiàn)已在石油化工、氣體分離等工業(yè)中得的換熱?，F(xiàn)已在石油化工、

31、氣體分離等工業(yè)中得到應(yīng)用。到應(yīng)用。板翅式換熱器板翅式換熱器：空分裝置4、結(jié)垢的危害和清洗、結(jié)垢的危害和清洗 換熱器在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于溫度的關(guān)系或流體的不潔凈等，流體介質(zhì)中的可沉積物會(huì)在換熱表面上生成垢層，有時(shí)換熱面還會(huì)被流體腐蝕而形成垢層。這些垢層雖然不厚，但由于其導(dǎo)熱系數(shù)小，導(dǎo)熱熱阻很大，對(duì)傳熱產(chǎn)生附加熱阻。在換熱器使用過程中，為保證其應(yīng)有的傳熱速率，應(yīng)進(jìn)行定期清洗除垢。 結(jié)垢對(duì)換熱設(shè)備的影響主要有：由于污垢層具有很低的導(dǎo)熱系數(shù)，從而增加了傳熱熱阻，降低了換熱設(shè)備的傳熱效率；當(dāng)換熱設(shè)備表面有結(jié)垢層形成時(shí)，換熱設(shè)備中流體通道的過流面積將減少，導(dǎo)致流體流過設(shè)備時(shí)的阻力增加，從而消耗更多的泵功

32、率，使生產(chǎn)成本增加。換熱器管束除垢的方法主要有下列三種。 1、手工或機(jī)械方法 當(dāng)管束有輕微堵塞和積垢時(shí)，借助于鏟削、鋼絲刷等手工或機(jī)械方法來進(jìn)行清理，并用壓縮空氣，高壓水和蒸汽等配合吹洗。當(dāng)管子結(jié)垢比較嚴(yán)重或全部堵死時(shí)，可用管式?jīng)_水鉆（又稱為捅管機(jī)）進(jìn)行清理。2、沖洗法 沖洗法有兩種。第一種是逆流沖洗，一般是在運(yùn)動(dòng)過程中，或短時(shí)間停車時(shí)采用，可以不拆開裝置，但在設(shè)備上要預(yù)先設(shè)置逆流副線，當(dāng)結(jié)垢情況并不嚴(yán)重時(shí)采用此法較為有效。第二種方法是高壓水槍沖洗法。對(duì)不同的換熱器采用不同的旋轉(zhuǎn)水槍頭，可以是剛性的，也可以是繞性的，壓力從10MPa至200a自由調(diào)節(jié)。利用高壓水除污垢，無論對(duì)管間、管內(nèi)及殼體均

33、適用。高壓水槍沖洗換熱器效果較好。應(yīng)用廣泛。 3、化學(xué)除垢 換熱器管程結(jié)垢，主要是因?yàn)樗|(zhì)不好形成水垢及油垢的結(jié)焦沉淀和粘附兩種形式，用化學(xué)法除垢，首先應(yīng)對(duì)結(jié)垢物質(zhì)化驗(yàn)分析，搞清結(jié)垢物性質(zhì)，就可以決定采用哪種溶劑清洗。一般對(duì)硫酸鹽和硅酸鹽水垢采用堿洗（純堿、燒堿、磷酸三鈉等），碳酸鹽水垢則用酸洗（鹽酸、硝酸、磷酸、氟氫酸等）。對(duì)油垢結(jié)焦可用氫氧化鈉、碳酸鈉、洗衣粉、液體洗滌劑、硅酸鈉和水按一定的配比配成清洗液進(jìn)行清洗。采用化學(xué)清洗的辦法，現(xiàn)場(chǎng)需要重新配管，比較花費(fèi)時(shí)間。5、換熱器傳熱過程的強(qiáng)化、換熱器傳熱過程的強(qiáng)化1.恒溫傳熱 指換熱的兩種流體沿傳熱面方向溫度不發(fā)生變化，其特點(diǎn)是在任一處兩流體

34、溫度恒定，因而在整個(gè)壁面上溫度差亦為常數(shù)，如水溶液的蒸發(fā)過程及精餾中的再沸器屬于此。 2.變溫傳熱 若壁面兩側(cè)流體或其中一側(cè)流體沿傳熱面方向溫度發(fā)生變化時(shí)的傳熱過程稱為變溫傳熱，這時(shí)傳熱溫差沿壁面亦發(fā)生變化，流動(dòng)方向不同，傳熱溫度差亦不同。 變溫傳熱分類并流：參與換熱的兩種流體在傳熱面兩側(cè)以相同的方向流動(dòng)；逆流：參與換熱的兩種流體在傳熱面兩側(cè)以相反的方向流動(dòng)；錯(cuò)流：參與換熱的兩種流體垂直交叉流過傳熱面兩側(cè)；折流：其中一側(cè)流體只沿一個(gè)方向流動(dòng)，而另一側(cè)流體來回作折流流動(dòng)。 傳遞相同熱量時(shí)逆流所需要的傳熱面積較并流時(shí)要小，故生產(chǎn)中多采用逆流在某些生產(chǎn)過程有特殊要求，如冷流體被加熱溫度或熱流體被冷卻

35、溫度不得超過某一規(guī)定值時(shí)，并流較易控制；當(dāng)加熱粘度大的液體時(shí)，并流可使其迅速升溫流動(dòng)性好等，這時(shí)宜采用并流操作。1212并流逆流錯(cuò)流折流 所謂傳熱過程的強(qiáng)化，是指從分析影響傳熱的各種因素出發(fā)，采取某些技術(shù)措施提高換熱器單位體積的傳熱面積，使設(shè)備趨于高效、緊湊、節(jié)省金屬用量以及降低動(dòng)力消耗等。在設(shè)計(jì)、操作和改進(jìn)中只能從傳熱面積、傳熱系數(shù)、平均溫差三方面考慮。1.增大傳熱面積 方法： 提高單位體積內(nèi)的傳熱面積，采用小管徑、板狀換熱表面，改變傳熱面形狀等；2.提高傳熱推動(dòng)力平均溫度差 方法： 平均溫度差的大小主要取決于兩流體的溫度條件，常受到工藝條件的限制。但加熱劑或冷卻劑溫度由于選擇的不同，可以有

36、很大的差別，如適當(dāng)提高加熱蒸汽壓強(qiáng)，降低冷卻水進(jìn)口溫度，確定適宜的出口溫度等都可提高平均溫度差。 當(dāng)兩流體無相變化時(shí)，盡可能從結(jié)構(gòu)上采用逆流或接近逆流的操作，可提高平均溫度差。 3.增大傳熱系數(shù)影響傳熱系數(shù)大小的因素主要是對(duì)流傳熱熱阻、污垢熱阻和管壁熱阻，其中各項(xiàng)熱阻所占比重不同，應(yīng)從熱阻較大者方面考慮。一般金屬壁面較薄且導(dǎo)熱系數(shù)很大，故管壁熱阻較小，可不作為考慮對(duì)象。 方法：降低污垢熱阻通過增大流速?zèng)_刷管壁防止污垢沉積，或采用阻垢劑等化學(xué)和機(jī)械方法來抑制污垢的生成速度，并注意及時(shí)清除等措施。提高對(duì)流傳熱系數(shù)特別是h小的一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)，主要途徑是增加湍動(dòng)程度、減小層流底層的厚度，具體措施是

37、： a)提高流速。如增加列管式換熱器中的管程數(shù)和在管外加裝擋板； b)增加流動(dòng)的擾動(dòng)，減薄層流底層。如采用螺旋流動(dòng)，在異形管內(nèi)流動(dòng)或在管內(nèi)設(shè)置添加物，采用波紋狀或粗糙面等，使流動(dòng)方向和大小不斷改變等，都可提高對(duì)流傳熱強(qiáng)度； c)利用傳熱進(jìn)口段換熱較強(qiáng)的特征，采用短管換熱器，利用機(jī)械或電的方法使傳熱面或流體產(chǎn)生振動(dòng)，采用射流方法造成噴射傳熱面等。 注意：注意： 強(qiáng)化傳熱的方式很多，同時(shí)又帶來一定的弊病，如使設(shè)備復(fù)雜、流動(dòng)阻力增大、操作調(diào)節(jié)困難等問題。因此要權(quán)衡利弊，綜合考慮，在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)，又要兼顧設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造費(fèi)用、動(dòng)力消耗和檢修操作等方面，做到技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，生產(chǎn)運(yùn)行操作可靠。六、

38、苯乙烯裝置換熱器舉例E-005固定管板封頭管箱E-202固定管板封頭管箱E-204固定管板封頭管箱E-210固定管板封頭管箱E-212固定管板封頭管箱E-308固定管板平蓋管箱AELE-311固定管板平蓋管箱AELE-312A/B/C固定管板平蓋管箱AELE-313固定管板平蓋管箱AELE-315固定管板平蓋管箱AELE-401固定管板封頭管箱BEME-403固定管板平蓋管箱AELE-406固定管板封頭管箱BEME-408固定管板平蓋管箱AELE-409固定管板封頭管箱BEME-410固定管板平蓋管箱AXME-411固定管板平蓋管箱AELE-414固定管板封頭管箱BEME-415固定管板封頭管箱BEME-417固定管板平蓋管箱AELE-422固定管板平蓋管箱AELE-001浮頭式封頭管箱BESE-002浮頭式封頭管箱BESE-004浮頭式封頭管箱BJSE-006浮頭式封