工業(yè)用換熱器分類概述

1、 換熱器換熱器換熱器：實現(xiàn)熱量交換的設(shè)備。換熱器是工藝過程必不可少的單元設(shè)備，廣泛用于石油、化工、輕工、制藥、食品、機(jī)械、冶金、動力等工程領(lǐng)域中。換熱器的分類換熱器的分類一、按作用原理分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。特點是結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效率高。適于冷、熱流體允許混和的場合適于冷、熱流體允許混和的場合。如涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。熱流體冷流體蓄熱式換熱器(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，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

2、降，從而達(dá)到換熱的目的。特點是結(jié)構(gòu)簡單，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。熱流體熱流體冷流體冷流體3.間壁式換熱器(表面式換熱器、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。本章介紹此類換熱器。適于冷、熱流體不允許混和的場合。如各種管殼式、板式結(jié)構(gòu)的換熱器。二、按用途分二、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。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

3、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。三、按傳熱面形狀和結(jié)構(gòu)分三、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。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

4、。四、按所用材料分四、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、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。非金屬材料換熱器有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。換熱器的結(jié)構(gòu)形式換熱器的結(jié)構(gòu)形式 管式換熱器的結(jié)構(gòu)形式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

5、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)重時從管板上脫落。因此當(dāng)兩流體的溫度差超過50時，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： 2.1、固定管板式換熱器、固定管板式換熱器1.擋板補(bǔ)償圈3.放氣嘴它是將兩端管板和殼體連接在一起，因而具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉的優(yōu)點，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 。對溫差稍大時可在殼體的適當(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

6、壓縮)來適應(yīng)外殼和管束不同的膨脹程度，如圖示。這種補(bǔ)償方法簡單但有限，只適用于兩流體溫差小于70，殼程流體壓強(qiáng)小于0.6MPa的場合。2.2、浮頭式換熱器、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，如圖示。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整個管束可以從殼體中抽出。因而盡管其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，但應(yīng)用較為普遍。 1.管程隔板殼程隔板3.浮頭3、U型管式換熱器型管式換熱器 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，如圖示。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

7、熱器結(jié)構(gòu)簡單，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。 1.U形管殼程隔板3.管程隔板3、蛇管式換熱器、蛇管式換熱器3.1、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)以金屬管彎繞而成，或制成適應(yīng)各種容器需要的形狀，沉浸在容器中。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)外流動通過蛇管表兩種流體分別在管內(nèi)外流動通過蛇管表面進(jìn)行換熱，面進(jìn)行換熱，如圖所示。其優(yōu)點優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造。缺點缺點是容器內(nèi)液體湍動程度低，管外對流傳熱系數(shù)小，傳熱效果可通過增設(shè)攪拌提高，此外傳熱面積有限，主要用于用于傳熱量不大的容

8、器中。3.2、噴淋式蛇管換熱器、噴淋式蛇管換熱器如圖示，將蛇管成排地固定在支架上蛇管成排地固定在支架上，冷卻水由最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。流體換熱。其優(yōu)點優(yōu)點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。缺點缺點是噴淋不易均勻。主要用于用于管內(nèi)流體的冷卻，常設(shè)置在室外空氣流通處， 1.3套管式換熱器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合而成，如圖示。 每段套管稱為一程，長約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

9、，可同時幾排并列，每排與總管相連。換熱時一種流體走管內(nèi)，換熱時一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，另一種流體走環(huán)隙，而且兩種流體可始終保持逆流始終保持逆流換熱，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)。其優(yōu)點優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能耐高壓，傳熱面積易于增減；缺點缺點是設(shè)備結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬耗用量大，一般用于用于換熱量不大的場合。 4、翅片管式換熱器、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。常見的幾種型式見P398圖10。翅片管換熱器主要用于兩種流體的對流傳熱系數(shù)相差較大時，在h小的一側(cè)加裝翅片，從而增大傳熱面積，提高流體的湍動程度，以提高對

10、流傳熱系數(shù)。5、 板式換熱器的結(jié)構(gòu)形式板式換熱器的結(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，見圖。而相鄰板間的邊緣襯有墊片(橡膠或壓縮石棉等)，壓緊后板內(nèi)形成密封的液體通道。每塊板的4個角上有圓孔，其中一對圓孔和板間相通，而另外一對圓孔通過加裝墊片和板內(nèi)相隔，在相鄰板上錯開以分別形成兩流體通道，從而使兩流體交錯地流過板片兩側(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

11、，材質(zhì)一般為不銹鋼。板式換熱器的主要特點是：(1)總傳熱系數(shù)高。因板面壓制成波紋狀，流動湍動程度大，污垢熱阻小，在低雷諾數(shù)(Re=200左右)下即達(dá)到湍流，而且板薄，因而K值可達(dá)到12001500W/m2K。(2)結(jié)構(gòu)緊湊。由于板薄而且兩板間距小，因而單位體積提供的傳熱面積大，可達(dá)到2501000m2/m3，金屬耗用量少。(3)操作靈活性大。因具有可拆結(jié)構(gòu)，根據(jù)生產(chǎn)需要通過調(diào)節(jié)板數(shù)增減傳熱面積，檢修和清洗方便。(4)兩流體嚴(yán)格成逆流，tm大，傳熱推動力大。主要缺點是允許的操作壓強(qiáng)和溫度低。因板薄壓強(qiáng)高容易變形，墊片壓強(qiáng)高時容易滲漏，所以操作壓強(qiáng)不超過2MPa，因受墊片材料的耐熱性限制，操作溫度

12、對橡膠墊不超過130，石棉墊不超過250。此外流通截面積小，故處理量小。自20世紀(jì)50年代以來，主要應(yīng)用于輕工、食品等行業(yè)。 6、螺旋板式換熱器、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，通過螺旋板進(jìn)行換熱，見圖。分為I型、II型、III型和G型等幾種形式，見P400圖6-13 螺旋板換熱器的特點是：螺旋板換熱器的特點是：(1)總傳熱系數(shù)高 由于流體在螺旋形通道內(nèi)受到慣性離心力的作用和定距柱的干擾，低雷諾數(shù)(Re=14001800)下即可達(dá)到湍流，允許流

13、速大(液體為2m/s，氣體為20m/s)，故傳熱系數(shù)大。如水對水換熱過程K=20003000W/m2K。(2)不易結(jié)垢和堵塞 由于流速較高且在螺旋形通道中流過，有自行沖刷作用，故流體中的懸浮物不易沉積下來。(3)能利用低溫?zé)嵩?由于流道長而且兩流體可達(dá)到完全逆流，因而傳熱溫差大，能充分利用溫度較低的熱源。(4)結(jié)構(gòu)緊湊 由于板薄24mm，單位體積的傳熱面積可達(dá)到150500m2/m3。主要缺點是操作壓強(qiáng)不能超過2MPa，操作溫度在300400以下，另外因整個換熱器焊為一體，一旦損壞檢修困難。螺旋板換熱器直徑在1.5m之內(nèi)，板寬2001200mm，板厚24mm，兩板間距525mm，可用普通鋼板和

14、不銹鋼制造，目前廣泛用于化工、輕工、食品等行業(yè)。 7、板翅式換熱器、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。在兩塊平行薄金屬之間，夾入波紋狀或其它形狀的翅片，兩邊以側(cè)條密封，即組成為一個換熱單元體。將各單元體進(jìn)行不同的疊積和適當(dāng)?shù)呐帕?，并用釬焊固定，成為并流、逆流、錯流的板束(或稱蕊部)。然后再將帶有流體進(jìn)出口接管的集流箱焊在板束上，即成為板翅式換熱器。常用的翅片為光直型、鋸齒型和多孔型三種型式。 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25004000m2/m3，傳熱系數(shù)高，空氣的對流傳熱系數(shù)可

15、達(dá)到350W/m2K，承壓可達(dá)5MPa。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的換熱?，F(xiàn)已在石油化工、氣體分離等工業(yè)中得到應(yīng)用。 三、換熱器的傳熱計算三、換熱器的傳熱計算 化工原理中所涉及的傳熱計算分兩類： 設(shè)計計算：根據(jù)生產(chǎn)過程要求的傳熱量和其它工藝條件，確定換熱器的傳熱面積，進(jìn)而設(shè)計或選用合適的換熱器； 操作計算：對給定的換熱器計算其在一定操作條件下的傳熱量、流體的流量、溫度或某項參數(shù)變化時對其傳熱能力的影響等。兩者計算的依據(jù)：熱量衡算方程和傳熱速率方程。1. 總傳熱速率方程總傳熱速率方程通過換熱器中任一微元面積dS的間壁兩側(cè)流體的傳熱速率方程，可仿照對流傳熱速率方程寫出

16、，即： dQ=K(T-t)dS=KtdS式中：K局部總傳熱系數(shù)，W/(m) T換熱器任一截面上熱流體的平均溫度， t換熱器任一截面上冷流體的平均溫度，上式為總傳熱速率微分方程式，也是總傳熱系數(shù)的定義式2. 傳熱量的計算熱量衡算方程傳熱量的計算熱量衡算方程 換熱器的傳熱計算中，首先需計算換熱器的傳熱量。傳熱量(熱負(fù)荷)：單位時間內(nèi)通過換熱器任一截面的熱量。通過熱量衡算獲得：假設(shè)換熱器保溫良好，熱損失可以忽略，則在單位時間換熱器中熱流體放出的熱量等于冷流體吸收的熱量。對換熱器微元面積dS：dQ=-WhdIhWcdIc對整個換熱器：Q=Wh(Ih1-Ih2)=Wc(Ic2-Ic1)無相變時的熱負(fù)荷計

17、算無相變時的熱負(fù)荷計算若換熱器中兩流體無相變化，且流體的比熱不隨溫度而變或去平均比熱時，焓可通過比熱計算，則： Qh=Wh(Ih1-Ih2)WhCph(T1-T2) Qc=Wc(Ic2-Ic1)WcCpc(t2-t1)Cph：熱流體平均比熱，根據(jù)(T1+T2)/2查取Cpc：冷流體平均比熱，根據(jù)(t1+t2)/2查取有相變時的熱負(fù)荷計算有相變時的熱負(fù)荷計算換熱器中熱流體有相變化分兩種情況：1.冷凝液溫度為飽和溫度(特定環(huán)境下，液體蒸發(fā)為氣體或氣體冷凝為液體時的溫度)熱負(fù)荷 Q=WhrWcCpc(t2-t1)冷凝液溫度低于飽和溫度熱負(fù)荷 Q=Whr+Cph(Ts-T2)WcCpc(t2-t1)

18、Ts：飽和溫度污垢熱阻污垢熱阻換熱器操作一段時間后，由于溫度的關(guān)系或流體的不潔凈等，傳熱面上常有污垢積存。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，對傳熱產(chǎn)生附加熱阻，稱為污垢熱阻。因此計算總傳熱系數(shù)時要考慮到污垢熱阻的影響，因垢層厚度及其導(dǎo)熱系數(shù)難以確定，通常是根據(jù)經(jīng)驗選用污垢熱阻來作為計算依據(jù)。若管壁兩側(cè)污垢熱阻分別用Rsi和Rso表示時，總熱阻為： osomoiosiiiooh1RkddbddRdhdK1常見流體在壁面產(chǎn)生的污垢熱阻大致數(shù)值范圍見附表。實際選用時還要考慮操作條件以及使用時間對其的影響，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。 3.幾點討論幾點

19、討論(1)傳熱計算時，總傳熱系數(shù)K的來源有三個方面：選用生產(chǎn)實際的經(jīng)驗數(shù)據(jù)：選用生產(chǎn)實際的經(jīng)驗數(shù)據(jù)：在有關(guān)手冊或傳熱的專業(yè)書中，都列有某些情況下K的經(jīng)驗值，可供初步設(shè)計時參考。應(yīng)應(yīng)選用與工藝條件相仿、傳熱設(shè)備類似而且較為成熟的經(jīng)選用與工藝條件相仿、傳熱設(shè)備類似而且較為成熟的經(jīng)驗驗K值作為設(shè)計的基礎(chǔ)值作為設(shè)計的基礎(chǔ)。實驗測定：實驗測定：對現(xiàn)有的換熱器，通過實驗測定有關(guān)的數(shù)據(jù)，如流體的流量和溫度等，再用傳熱速率方程計算K值。實驗實驗測定可獲得較為可靠的測定可獲得較為可靠的K值。實測值。實測k值的意義不僅可提供設(shè)值的意義不僅可提供設(shè)計換熱器的依據(jù)，且可了解傳熱設(shè)備的性能，從而尋求提計換熱器的依據(jù)，且

20、可了解傳熱設(shè)備的性能，從而尋求提高設(shè)備生產(chǎn)能量的途徑。高設(shè)備生產(chǎn)能量的途徑。K值的計算：值的計算：通過前述公式計算。但計算得到的K值往往與實際值相差很大，主要是由于h關(guān)聯(lián)式有一定誤差及污垢熱阻不易估計準(zhǔn)確等原因?qū)е?。總之，在總之，在采用計算得到的采用計算得到的K值時應(yīng)慎重，最好與前述兩種方法對照，以確定合適的值時應(yīng)慎重，最好與前述兩種方法對照，以確定合適的K值。值。(2)在總傳熱速率方程式中，應(yīng)注意K和S的對應(yīng)關(guān)系選擇的S不同，K的數(shù)值也不同。通常換熱器的規(guī)格是用管外表面積So表示的，故基于So的Ko應(yīng)用較多。各種手冊中所列的K值，如無特殊說明，可視為Ko。(3)對平壁時或薄圓筒壁(管徑大而管

21、壁又薄) ，di=do=dm，則：(4)欲提高K值，必須設(shè)法減小起決定作用的熱阻。若薄圓筒壁，且污垢、管壁熱阻(k大)不計時：oih1kbh1K1ooioihKhhh1h1K1則若可見，總熱阻是由熱阻大(局部對流傳熱系數(shù)小)的那一側(cè)的對流傳熱所控制若提高K值：兩側(cè)h相差很大時，提高對流傳熱系數(shù)較小以側(cè)的h兩側(cè)h相差不大時，同時提高兩側(cè)的h四、工業(yè)換熱方式四、工業(yè)換熱方式化工生產(chǎn)中常見的傳熱大多是冷、熱兩種流體之間進(jìn)行熱量交換，按照實現(xiàn)熱量交換的方式分為：1.直接混合式換熱當(dāng)工業(yè)過程可以允許兩種流體混合時，可使冷、熱兩種流體直接進(jìn)行接觸，在混合過程中進(jìn)行的熱交換稱為直接混合式換熱。這種換熱方式方

22、便有效，其設(shè)備結(jié)構(gòu)也簡單，常用于氣體、液體的冷卻和蒸汽的冷凝等。 2.蓄熱式換熱當(dāng)要求兩種流體不能完全混合時，可使冷、熱兩種流體交替地通過充填耐火磚等填料的蓄熱室，利用填料將熱量儲存起來由熱流體傳給冷流體，這種方式設(shè)備簡單、耐高溫，缺點是體積大，且兩流體難免存在混合，通常用于高溫氣體換熱。3.間壁式換熱指參與換熱的兩種流體通過一固體壁面進(jìn)行換熱，這時兩流體分別在壁面兩側(cè)流動，熱流體將熱量傳給固體壁面，再由壁面?zhèn)鹘o冷流體，避免了兩流體的混合，為化工中最常用的換熱方式。 五、換熱器傳熱過程的強(qiáng)化五、換熱器傳熱過程的強(qiáng)化 1 傳熱過程的強(qiáng)化途徑所謂傳熱過程的強(qiáng)化，是指從分析影響傳熱的各種因素出發(fā)，采

23、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力消耗等。在設(shè)計、操作和改進(jìn)中只能從K、tm、S三方面考慮。1.增大傳熱面積方法：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；增大對流傳熱系數(shù)小的一側(cè)的面積，如肋片管、波紋管、翅片管等，使換熱器傳熱系數(shù)提高以及增加單位體積的傳熱面積，能收到高效緊湊的效果。 2提高傳熱推動力提高傳熱推動力tm 方法：方法：平均溫度差tm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

24、宜的出口溫度等都可提高tm。當(dāng)兩流體無相變化時，盡可能從結(jié)構(gòu)上采用逆流或接近逆流的操作，可提高tm。 3.增大傳熱系數(shù)增大傳熱系數(shù)K 影響K大小的因素主要是對流傳熱熱阻、污垢熱阻和管壁熱阻，其中各項熱阻所占比重不同，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，可不作為考慮對象。方法：方法：降低污垢熱阻通過增大流速沖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，并注意及時清除等措施。提高對流傳熱系數(shù)特別是h小的一側(cè)的對流傳熱系數(shù)，主要途徑是增加湍動程度、減小層流底層的厚度，具體措施措施是：v提高流速，增大雷諾數(shù)。如增加列管式換熱器中的管程數(shù)和在

25、管外加裝擋板；v(2)增加流動的擾動，減薄層流底層。如采用螺旋流動，在異形管內(nèi)流動或在管內(nèi)設(shè)置添加物，采用波紋狀或粗糙面等，使流動方向和大小不斷改變等，都可提高對流傳熱強(qiáng)度；v(3)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，采用射流方法造成噴射傳熱面等?？傊畯?qiáng)化傳熱的方式很多，但同時又帶來一定的弊病，如使設(shè)備復(fù)雜、流動阻力增大、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，又要兼顧設(shè)備結(jié)構(gòu)、制造費用、動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、列管式換熱器的設(shè)計和選用六、列管式換熱器的設(shè)計和選用

26、換熱器的設(shè)計指在傳熱計算的基礎(chǔ)上，確定換熱器的有關(guān)尺寸。換熱器的選用是根據(jù)生產(chǎn)上傳熱任務(wù)的要求，選擇合適的換熱器。兩者所需考慮的一些問題和計算步驟基本是一致的，無論設(shè)計還是選用，都以換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)作為參考，因而需要考慮到多方面的因素，進(jìn)行一系列的選擇和適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因此實際為一試算過程。列管式換熱器設(shè)計和選用時應(yīng)考慮的問題1.流程的選擇流程的選擇在列管換熱器中，哪種流體在什么條件下走管程(或殼程)，選擇的一般原則為：(1)不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因管內(nèi)清洗方便；(2)腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕，且清洗、檢修方便；(3)壓強(qiáng)高的流體宜走管程，以免殼體同時受壓；(4)有毒流體

27、宜走管程，使泄漏機(jī)會減少；(5)被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強(qiáng)冷卻效果；(6)飽和蒸汽宜走殼程，便于排出冷凝液和不凝氣，且蒸汽潔凈不污染；(7)流量小或粘度大的流體宜走殼程，因折流檔板的作用可使在低雷諾數(shù)(Re100)下即可達(dá)到湍流，但也可在管內(nèi)采用多管程；(8)若兩流體溫差較大，宜使大的流體走殼程，使管壁和殼壁溫差減小。在具體選擇時，上述原則經(jīng)常不能同時兼顧，會互相矛盾，這時要根據(jù)實際情況，抓住主要問題，作為選擇的依據(jù)。2.流體流速的選擇流體流速的選擇 流速的大小不僅直接影響對流傳熱系數(shù)，而且影響污垢熱阻，從而影響總傳熱系數(shù)，但同時又和流動阻力有關(guān)。應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)權(quán)衡選擇適宜的流速，但相當(dāng)

28、復(fù)雜，表4-14至表4-16列出常用的流速范圍，可供參考。充分利用系統(tǒng)動力設(shè)備允許的壓強(qiáng)降來提高流速是換熱器設(shè)計和選用的一個重要原則，但應(yīng)全面考慮，照顧到結(jié)構(gòu)上的要求，但所選的流速，不應(yīng)使流體在滯流狀態(tài)下流動。 3.冷卻劑或加熱劑出口溫度的選擇冷卻劑或加熱劑出口溫度的選擇 在換熱器設(shè)計中加熱劑或冷卻劑出口溫度需由設(shè)計者確定。如冷卻水進(jìn)口溫度需依當(dāng)?shù)貤l件而定，但出口溫度需通過經(jīng)濟(jì)權(quán)衡作出選擇。在缺水地區(qū)可使出口溫度高些，這樣操作費用低，但使傳熱平均溫差下降，需傳熱面積增加使得投資費用提高，反之亦然。根據(jù)經(jīng)驗一般應(yīng)使tm大于10為宜，此外若工業(yè)用水作為冷卻劑出口溫度不宜過高，因工業(yè)用水中所含的鹽類

29、(主要CaCO3,MgCO3,CaSO4、MgSO4等)的溶解度隨溫度升高而減小，若出口溫度過高，鹽類析出，形成垢層使傳熱過程惡化，因此一般出口溫度不超過45。所以應(yīng)根據(jù)水源條件，水質(zhì)情況等加以綜合考慮后確定。水源嚴(yán)重缺乏地區(qū)可采用空氣作為冷卻劑，但使傳熱系數(shù)下降。對于加熱劑可按同樣原則選擇出口溫度。 4.換熱管規(guī)格和排列方法換熱管規(guī)格和排列方法 傳熱管徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積就越大。對潔凈的流體可取小管徑，而對不潔凈或易結(jié)垢的流體管徑應(yīng)大些。目前我國列管式換熱器標(biāo)準(zhǔn)中采用192mm、252mm、255mm等規(guī)格。管長的選用應(yīng)考慮管材的合理使用和清洗方便，因我國生產(chǎn)的鋼管長度多為6m，

30、故系列標(biāo)準(zhǔn)中的管長有1.5，2，3或6m四種，其中以3m和6m最為普遍。此外管長L和殼體直徑D的比例應(yīng)適當(dāng)，一般以L/D46為宜。管板上管子的排列方法常用的為等邊三角形、正方形直列和正方形錯列三種，見圖4-40。等邊三角形排列比較緊湊，管板利用率高，管外流體湍動程度高，對流傳熱系數(shù)大，但管外清洗較困難；正方形直列管外清洗方便，但對流傳熱系數(shù)較小，適用于易結(jié)垢的流體；正方形錯列則介于兩者之間。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)。通常焊接法取t=1.25do；而脹管法取t=(1.31.5)do，且t(do+6)mm。 5.折流擋板折流擋板換熱器安裝折流擋板是為了提高殼程對流傳熱系數(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)。對常用的圓缺形擋板，弓形切口過大或過小，都會產(chǎn)生流動“死區(qū)”，均不利于傳熱，見P431