化工機械結構原理電子及素材第十一章 熱交換器ppt課件

1、【知識目的】了解熱交換器的分類、主要類型、構造、功用、特點和運用場所?！静鸥赡康摹靠梢愿鶕に嚄l件進展熱交換器的簡單項選擇型，能正確選擇熱交換器零部件的構造。 第十一章第十一章 熱交換器熱交換器按冷、熱流體熱量交換方式將熱交換器分為混合式、蓄熱式和間壁式?；旌鲜綗峤粨Q器的冷熱兩種介質經過熱交換器直接接觸和混合傳熱。傳熱充分，設備簡單，但只適用于冷、熱介質可以相互混合的場所。蓄熱式熱交換器的冷、熱介質經過熱交換器壁面?zhèn)鳠?。熱介質經過時壁面溫度升高、積存能量；冷介質經過時從壁面獲得熱量，冷介質溫度提高。蓄熱式熱交換器設備構造簡單，可耐高溫，常用于氣氣熱交換場所。缺陷是設備體積大，過程交替操作，不能

2、完全防止兩種介質的攙和，化工上運用不多。間壁式熱交換器工業(yè)中應，占總量99%以上。冷熱流體被固定的壁面隔開，經過壁面?zhèn)鳠?。它可分為管式熱交換器和板式熱交換器。 管式熱交換器經過管壁傳熱；板式熱交換器經過板面?zhèn)鳠帷５谝还?jié)第一節(jié) 熱交換器的構造類型熱交換器的構造類型 管殼式熱交換器是管式熱交換器最主要的構造方式，又稱列管式熱交換器。雖然在傳熱效率、構造緊湊性及金屬資料耗費方面不如新型的板式熱交換器，但由于其構造簡單鞏固、操作彈性大、資料范圍廣等獨特優(yōu)點，目前在石油化工運用中占有絕對優(yōu)勢。 管殼式熱交換器主要組成部件是管箱、管束和外殼體。管箱主要由短筒體、封頭、接納、法蘭等零件組成，管束主要由換熱管

3、、管板、折流板、拉桿、定距管等零件組成，根據管束與外殼體能否固定，管殼式熱交換器又可又可分為固定管板式、浮頭式、填料函式、U型管式及釜式重沸器五種。 管束由管板固定，通常管內走熱介質，管外走冷介質，逆流和并流實現傳熱。殼體內間隔設置折流板以支承管束，添加管外流體的喘動。流體流經換熱管內及其相通的部分稱為管程；流體流經換熱管外及其相通的部分稱為殼程。 一、管殼式熱交換器一、管殼式熱交換器管殼式熱交換器1-封頭 ；2-隔板；3-管板；4-折流板；5-換熱管；6-外殼體1、固定管板式熱交換器 固定管板式熱交換器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，管板那么以焊接的方法與殼體銜接。優(yōu)點是構造簡單，

4、管內便于清洗、便于堵管換管，殼體直徑一樣的情況下布管數最多。缺陷是殼體和管子中易產生較大溫差應力，導致換熱管與管板脫開，產生走漏；管外無法清洗。適用于殼程介質清潔、不易結垢且管殼程溫差不大普通不超越50的場所。 固定管板式熱交換器1、12-封頭；2-短筒體；3、13-管箱法蘭；4-殼體；5-螺母；6-拉桿；7-定距管；8、9-支座；10、16-兼作法蘭的管板；11、18-管程進、出口管；14折流板；15-換熱管；17-螺栓螺母；19、20-殼程進、出口管固定管板式熱交換器任務原理固定管板式熱交換器任務原理 普通規(guī)定，當管子和殼體的溫差為50左右時，就應思索采取補償措施，以減小溫差應力 可以在殼

5、體上設置柔性元件如膨脹節(jié)，經過膨脹節(jié)的軸向變形，來減小溫差應力。常用膨脹節(jié)有U形、平板形和形。也可以采用其他構外型式如U型管式、浮頭式、填料函式。U形 平板形 形帶膨脹節(jié)的固定管板式熱交換器 帶膨脹節(jié)固定管板式熱交換器任務原理帶膨脹節(jié)固定管板式熱交換器任務原理2、浮頭式熱交換器 浮頭式熱交換器一端管束經過管板與殼體固定，另一端管板浮頭部分可在殼體內自在浮動，當殼體與管束受熱變形時不會產生溫差應力。浮頭部分有浮頭管板、鉤圈、密封墊、浮頭蓋組成，是可拆聯接，因此管束可以抽出，便于管內外的清洗。缺陷是構造復雜，造價較高，假設浮頭的墊片密封不嚴，會呵斥管內外流體相互混合，而且泄露時不易覺察。適宜于管殼

6、程溫差較大，介質易于結垢需經常清洗的場所。浮頭式熱交換器 浮頭式熱交換器任務原理浮頭式熱交換器任務原理3、U型管式換熱器 U形管式換熱器是將換熱管彎成U形，管子的兩端固定在同一管板上，故此構造省去了一塊管板和一個管箱；管束一端構造與浮頭式一樣，經過法蘭與殼體固定，另一端懸浮于殼體中，可以自在伸縮，因此管殼程之間不存在溫差應力；此外，管束可自在抽出，清洗方便。缺陷是換熱管彎曲，管內清洗困難；同時受彎管半徑限制，換熱管排布較少，傳熱利用率低；管子損壞，維修改換困難。U形管式換熱器適宜于管殼程溫差較大，高溫、高壓、管內介質清潔的場所。 U型管式熱交換器 U型管式熱交換器任務原理型管式熱交換器任務原理

7、4、填料函式熱交換器 填料函式熱交換器其實是外浮頭式熱交換器。管束一端與殼體固定，另一端外浮頭伸在殼體的外邊，它與殼體之間的間隙用填料函來密封。由于遭到填料密封的限制，不能接受過高的溫度和壓力；而且對殼程介質要求較高，以防走漏，故這類熱交換器適用于直徑不大、溫度、壓力不高、殼程介質無毒無害的場所。填料函熱交換器 5、釜式重沸器 在構造上與其他熱交換器不同之處在于殼體上部設置一個蒸發(fā)空間，用于在沸點下加熱產生大量蒸汽的流體。此類熱交換器的管束可以為浮頭式、U型管式、固定管板式。 釜式熱交換器 板式熱交換器是一種新型、高效間壁式熱交換器。構造緊湊，傳熱效率高；適用壓力溫度不高、流量不大的場所。 二

8、、板式熱交換器二、板式熱交換器1、螺旋板式熱交換器 螺旋板式熱交換器由兩張厚約26mm、間距靠定距柱保證的平行鋼板在公用卷床上卷制成兩個螺旋形的流道，利用中心處的隔板分隔成冷、熱兩流道，并進展傳熱。它由螺旋體、隔板、端蓋和接納法蘭等零件組成。 螺旋形通道能使流體在低流速形狀實現喘流，提高傳熱效率；流體單通道流動，流速較大，沖刷壁面不易堆積污垢；溫差應力小，適宜兩介質溫差較大的場所；但螺旋板厚度小，承壓才干較差，螺旋通道內部走漏，維修困難。適宜用于高粘度流體或是含有固體顆粒的懸浮液的換熱。 螺旋板式熱交換器 螺旋板式熱交換器任務原理螺旋板式熱交換器任務原理卷制螺旋板封焊螺旋板通道2、板式熱交換器

9、 板式熱交換器由一系列相互平行、外表具有波紋的薄金屬板相疊而成。比螺旋板式熱交換器更為緊湊，傳熱性能更好。主要由傳熱板片、密封墊圈和壓緊安裝以及其他零部件組成，我國已建立了GB16409國家規(guī)范。 傳熱板片通常制成凹凸形波紋以強化傳熱、提高剛性。它有人字形、程度平直波紋形、鋸齒形、麟甲波紋形等。板片周圍設有密封槽，依托密封墊圈和壓緊安裝阻止流體的走漏。小型板式熱交換器采用螺栓螺母壓緊。遭到傳熱和密封條件的限制，用于低壓2Mpa、低溫180、清潔流體傳熱場所。板式熱交換器板式熱交換器任務原理板式熱交換器任務原理傳熱板片板式熱交換器構造1-壓緊螺桿；2、4-固定板墊片；3-固定端板；5-六角螺母；

10、6-小墊圈；7-傳熱板片；8-定位螺桿；9-中間墊片；10-活動端板墊片；11-定位螺母；12-換向板片；13-活動端板3、板翅式熱交換器 板翅式熱交換器由上下兩塊平行的金屬隔板、中間波紋狀翅片和兩側的密封封條組成單元體，再由單元體適當陳列組合，并用釬焊焊牢，組成板束，把假設干個板束組裝在一同，便構成逆流、錯流、錯逆流的板翅式熱交換器。冷熱流體分別流過間隔陳列的冷熱流層而實現熱量交換 。 板翅式熱交換器其傳熱面積達管殼式熱交換器的十幾倍甚至幾十倍。具有體積小、質量輕、效率高和順應溫度范圍廣等優(yōu)點，特別適用于低溫或超低溫場所。其缺陷是構造復雜、造價高、易堵塞、不易清洗和難以檢修等等。 板翅式熱交

11、換器構造原理 a-光直翅片； b-鋸齒翅片； c-多孔翅片翅片類型4 、板殼式熱交換器 板殼式熱交換器由板束和殼體組成，介于管殼式和板式熱交換器之間。其中板束是由間距相等金屬板條壓制組合并縫焊而成，板束截面流道呈扁平狀。 與管殼式熱交換器相比構造更加緊湊，傳熱面積大，流體阻力小，傳熱效率高；與板式熱交換器相比不存在周邊密封問題，提高了耐溫暖耐壓才干。但由于板束節(jié)點全靠焊接，故板殼式熱交換器焊接質量要求高，通常運用于加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等各種過程。1、套管式熱交換器 套管式熱交換器是經過內外管相互套合構成環(huán)隙，環(huán)隙和內管介質進展逆流傳熱。外管采用接納法蘭銜接，內管兩端用U形彎管銜接。優(yōu)點是構造

12、簡單，易于調整傳熱面積，適用于高溫高壓、易生污垢小流量流體。缺陷是緊湊性差，流動阻力大，傳熱損耗大，U彎管銜接處易走漏。 三、其它類型熱交換器三、其它類型熱交換器套管式熱交換器1-內管；2-外管；3-U型彎管套管式熱交換器任務原理套管式熱交換器任務原理2、蛇管式熱交換器 蛇管熱交換器通常是將換熱管彎成圓盤形、螺旋形和蛇形，可分為沉浸式和噴淋式沉。 浸式熱交換器是將蛇管沉浸在容器液體介質中，兩種流體分別在蛇管內外進展換熱。通常用作反響器傳熱和高壓流體冷卻。其構造簡單，操作維修方便，管子可接受高壓。但傳熱效率低，傳熱面積大，導致設備笨重。蛇管的外形 沉浸式 噴淋式熱交換器是將蛇管成排固定在鋼架上，

13、將冷卻水從管排上方均勻噴灑在蛇管外外表。與沉浸式熱交換器相比，管外流體流速大，傳熱效率高，檢修清洗方便。但占地較大，冷卻水用量大，有時噴淋效果不夠理想。噴淋式 熱交換器1-蛇管；2-冷卻水泵；3-過濾器噴淋式熱交換器任務原理噴淋式熱交換器任務原理 3、高效新型熱交換器1擴展外表強化式熱交換器經過改動傳熱元件外表的外形和性質，強化傳熱。如在換熱管外表加工各種方式的槽、在換熱管內部和外部添加翅片等。2螺旋折流板式熱交換器折流板布置成近似的螺旋面,使熱交換器中的殼程流體呈延續(xù)的螺旋狀流動,從而有效地降低殼側的流動阻力及強化傳熱。 翅片管式熱交換器任務原理翅片管式熱交換器任務原理一管箱一管箱 殼體直徑

14、較大的熱交換器大多采用管箱構造。管箱位于熱交換器殼體直徑較大的熱交換器大多采用管箱構造。管箱位于熱交換器的兩端，作用是將管道保送來的流體均勻分布到各換熱管，同時將換的兩端，作用是將管道保送來的流體均勻分布到各換熱管，同時將換熱管內流體聚集并送出熱交換器。熱管內流體聚集并送出熱交換器。 管箱有單程和多程兩種構造，多程構造靠分程隔板分隔開，用于管箱有單程和多程兩種構造，多程構造靠分程隔板分隔開，用于管束數量較多的情況。管束數量增多有利于提高傳熱面積，但卻導致管束數量較多的情況。管束數量增多有利于提高傳熱面積，但卻導致管內流體流速降低，對傳熱不利，故可采用多程管箱，將管束分成假管內流體流速降低，對傳

15、熱不利，故可采用多程管箱，將管束分成假設干程數，使流體依次經過各程管子。設干程數，使流體依次經過各程管子。第二節(jié)第二節(jié) 管殼式熱交換器的主要部件及其構造管殼式熱交換器的主要部件及其構造單程 多程管箱構造單管程熱交換器單管程熱交換器雙管程熱交換器雙管程熱交換器四管程熱交換器四管程熱交換器二管束二管束1、換熱管、換熱管是熱交換器的傳熱元件是熱交換器的傳熱元件 常選用碳素、低合金鋼鋼管，中溫、高溫選用耐熱鋼管；腐常選用碳素、低合金鋼鋼管，中溫、高溫選用耐熱鋼管；腐蝕性大的介質選用不銹鋼管，高溫、高腐蝕性但機械強度要求不蝕性大的介質選用不銹鋼管，高溫、高腐蝕性但機械強度要求不高時可用石墨、聚四氟乙烯塑

16、料管。高時可用石墨、聚四氟乙烯塑料管。 小管徑構造緊湊，可增大單位體積的傳熱面積，但流體阻力小管徑構造緊湊，可增大單位體積的傳熱面積，但流體阻力添加，管內清洗不便，容易結垢堵塞，故用于較清潔的流體；管添加，管內清洗不便，容易結垢堵塞，故用于較清潔的流體；管內流體黏度、顆粒較大采用大直徑管子。內流體黏度、顆粒較大采用大直徑管子。 換熱管在管板上的陳列方式有等邊三角形、正方形和同心圓換熱管在管板上的陳列方式有等邊三角形、正方形和同心圓形。三角形陳列，傳熱構造緊湊、適用于殼程介質清潔、無需機形。三角形陳列，傳熱構造緊湊、適用于殼程介質清潔、無需機械清洗的場所；殼程需求進展機械清理可采用正方形陳列；同

17、心械清洗的場所；殼程需求進展機械清理可采用正方形陳列；同心圓陳列用于直徑較小的熱交換器。其中三角形陳列運用廣泛。圓陳列用于直徑較小的熱交換器。其中三角形陳列運用廣泛。正三角形 同心圓 正方形換熱管陳列方式2、管板 管板的主要作用是固定和排布換熱管，銜接殼體和管箱，構成管程和殼程的分隔空間。普通采用壓力容器用碳素鋼板、低合金鋼板、復合鋼板或鍛件制造。 固定管板式熱交換器的管板為兼作法蘭，管板除了在中央根據換熱管的陳列方式排布假設干換熱管管孔外，邊緣還需分布與殼體或管箱法蘭相連螺栓孔。U形管式和填料函式熱交換器的管板不兼作法蘭。 兼作法蘭的管板 不兼作法蘭的管板 管板鉆孔 管板厚度大對承載是有利的

18、，但投資會添加，同時，換熱管和管板銜接處的熱應力和邊緣應力也大大添加。橢圓形管板與殼體焊在一同，受力比平板構造好得多，所以厚度很薄。適用于高壓、大直徑熱交換器。3、折流板 用于提高殼程流體的流速，添加其湍動程度，改善傳熱。臥式熱交換器折流板對管束起支撐作用。有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種。 弓形、圓盤-圓環(huán)形折流板安放方式和流動情況 弓形折流板流體死區(qū)少，構造簡單，安裝方便，運用較普遍；圓盤-圓環(huán)形構造復雜，清洗困難，僅用于介質壓力較高和不易結垢的場所。 弓形折流板有單弓形、雙弓形、三弓形三種方式。其中單弓形折流板運用最多，但在大直徑的熱交換器中，流體繞到折流板的背后，會構成滯留，影響傳熱。為了消除

19、這一滯留死區(qū)，宜采用雙弓形和三弓形折流板。在折流板之間的流速一樣時，由于流體分成兩股流動，其間距只是單弓形的一半，不僅減少了死區(qū)，還有利于防止流體誘發(fā)的振動。 弓形 圓盤-圓環(huán)形弓形折流板流體流動弓形折流板流體流動 圓盤圓環(huán)形折流板流體流動圓盤圓環(huán)形折流板流體流動 臥式熱交換器為了檢修時能完全排除熱交換器殼體內的剩余液體，折流板下部開有小缺口，立式熱交換器那么不用開此缺口。 折流板必需與殼體內堅持適宜間隙，間隙過小，制造安裝困難；間隙過大，呵斥流體短路，影響傳熱。 折流板缺口布置 折流板是經過拉桿和定距管固定的。拉桿是一根兩端帶有螺紋的圓棒，定距管是換熱管按一定間距加工而成。拉桿一端擰入管板，

20、依次套入定距管、折流板，定距管可確保折流板間固定的間距，最后一塊折流板用螺母鎖緊。為了防止螺紋松動，經常點焊固定。 熱交換器穿管三其他構造三其他構造1、管子與管板的銜接、管子與管板的銜接脹接脹接利用脹管器伸入管子端部，使管子端部產生塑性變形，利用脹管器伸入管子端部，使管子端部產生塑性變形，直徑增大，管板產生彈性變形。脹管器退出后，管板彈性變形回復，直徑增大，管板產生彈性變形。脹管器退出后，管板彈性變形回復，而管子塑性變形卻不能回復，管子管板間產生擠壓應力而牢牢貼緊，而管子塑性變形卻不能回復，管子管板間產生擠壓應力而牢牢貼緊，從而到達管子管板銜接的目的。從而到達管子管板銜接的目的。焊接焊接經過多

21、層多道焊實現密封性和銜接強度。經過多層多道焊實現密封性和銜接強度。脹焊并用脹焊并用結合了脹接和焊接的優(yōu)點，既可靠又不存在間隙腐結合了脹接和焊接的優(yōu)點，既可靠又不存在間隙腐蝕，用于密封要求高，接受腐蝕、疲勞等重要場所。蝕，用于密封要求高，接受腐蝕、疲勞等重要場所。 管子管板銜接前 脹接 焊接 脹焊并用 管子與管板銜接管口焊接脹管操作2、防沖構造 殼程進口處的管束經常遭到高流速介質的沖刷，容易產生侵蝕和振動，所以為了維護管束常將殼程接納的入口處加以擴展，把接納作成喇叭形，減小流體速度，起緩沖作用，或在殼體進口處設置防沖擋板和導流筒 。防沖構造 【本章小結】【本章小結】1熱交換器有混合式、蓄熱式和間壁式三種方式。間壁式熱交熱交換器有混合式、蓄