壓力容器設備基礎知識(換熱器塔設備)

1、傳熱原理間壁式混合式蓄熱式列管式板 式翅片式換熱器的類型換熱器的類型套管式固定管板式浮 頭 式U型管式一、套管式換熱器一、套管式換熱器 套管式換熱器是由大小不同的直管制成套管式換熱器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由的同心套管，并由U U型彎頭連接而成。每一段型彎頭連接而成。每一段套管稱為一程。套管稱為一程。 優(yōu)點：構(gòu)造較簡單，能耐高壓，傳熱面優(yōu)點：構(gòu)造較簡單，能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，應用方便。積可根據(jù)需要增減，應用方便。 缺點：管間接頭多，易泄露，占地較大缺點：管間接頭多，易泄露，占地較大，單位傳熱面消耗的金屬量大。因此它較適，單位傳熱面消耗的金屬量大。因此它較適用于流量不大，

2、所需傳熱面積不多而要求壓用于流量不大，所需傳熱面積不多而要求壓強較高的場合。強較高的場合。 二、列管式換熱器二、列管式換熱器 優(yōu)點優(yōu)點 ：單位體積所具有的傳熱面積大，結(jié)：單位體積所具有的傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好。能用多種材料制造，故適構(gòu)緊湊、傳熱效果好。能用多種材料制造，故適用性較強，操作彈性較大，尤其在高溫、高壓和用性較強，操作彈性較大，尤其在高溫、高壓和大型裝置中多采用列管式換熱器。大型裝置中多采用列管式換熱器。 在列管式換熱器中，若兩流體的溫差較大，在列管式換熱器中，若兩流體的溫差較大，就可能由于熱應力而引起設備變形，管子彎曲，就可能由于熱應力而引起設備變形，管子彎曲，甚至破裂或

3、從管板上松脫。因此，當兩流體的溫甚至破裂或從管板上松脫。因此，當兩流體的溫差超過差超過5050時，就應采用熱補償?shù)拇胧r，就應采用熱補償?shù)拇胧? 1、固定管板式、固定管板式 特點：兩端管板和殼體制成一體，具有結(jié)特點：兩端管板和殼體制成一體，具有結(jié)構(gòu)簡單和成本低的優(yōu)點。但是殼程清洗和檢修構(gòu)簡單和成本低的優(yōu)點。但是殼程清洗和檢修困難，要求殼程流體必須是潔凈而不易結(jié)垢的困難，要求殼程流體必須是潔凈而不易結(jié)垢的物料。物料。 當兩流體的溫差較大時，應考慮熱補償。當兩流體的溫差較大時，應考慮熱補償。但不宜應用兩流體溫差過大（應不大于但不宜應用兩流體溫差過大（應不大于7070）和殼程流體壓強過高的場合。

4、和殼程流體壓強過高的場合。 具有補償圈的固定管板式換熱器1一擋板2-補償圈3-放氣嘴圖4-45浮頭式換熱器1一管程隔板2一殼程隔板3一浮頭2、浮頭式換熱器、浮頭式換熱器 特點：有一端管板不與外殼連為一體，可以沿軸特點：有一端管板不與外殼連為一體，可以沿軸向自由浮動。向自由浮動。 這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應力的影響，且由于這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應力的影響，且由于固定端的管板以法蘭與殼體連接，整個管束可以從殼固定端的管板以法蘭與殼體連接，整個管束可以從殼體中抽出，因此便于清洗和檢修。故浮頭式換熱器應體中抽出，因此便于清洗和檢修。故浮頭式換熱器應用較為普遍，但它的結(jié)構(gòu)比較復雜，造價較高。用較為普遍

5、，但它的結(jié)構(gòu)比較復雜，造價較高。3 3、U U型管式換熱器型管式換熱器 特點：每根管子都彎成特點：每根管子都彎成U U型，進出口分別安裝型，進出口分別安裝在同一管板的兩側(cè)，封頭用隔板分成兩室，每根管在同一管板的兩側(cè)，封頭用隔板分成兩室，每根管子可以自由伸縮。子可以自由伸縮。 這種換熱器結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，重量輕，但管這種換熱器結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，重量輕，但管程不易清洗，只適用于潔凈而不易結(jié)垢的流體，如程不易清洗，只適用于潔凈而不易結(jié)垢的流體，如高壓氣體的換熱。高壓氣體的換熱。 圖4-44U型管換熱器1一U型管 2一殼程隔板 3一管程隔板4 4、列管式換熱器選用時應注意的問題、列管式換熱器選用時應注

6、意的問題冷、熱流體流動通道的選擇冷、熱流體流動通道的選擇(1)(1)不潔凈和易結(jié)垢的液體宜走管程，因為管內(nèi)不潔凈和易結(jié)垢的液體宜走管程，因為管內(nèi)清洗方便；清洗方便；(2)(2)腐蝕性的流體宜走管程，以免管束和殼體同腐蝕性的流體宜走管程，以免管束和殼體同時受腐蝕；時受腐蝕；(3)(3)壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體承受壓力；壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體承受壓力；(4)飽和蒸汽宜走殼程，因為飽和蒸汽比較清凈，飽和蒸汽宜走殼程，因為飽和蒸汽比較清凈，對流傳熱系數(shù)與流速無關且冷凝液易排出；對流傳熱系數(shù)與流速無關且冷凝液易排出；(5)被冷卻的液體宜走殼程，便于散熱；被冷卻的液體宜走殼程，便于散熱；(6

7、)若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的流體通入殼程，可減少宜將對流傳熱系數(shù)大的流體通入殼程，可減少熱應力；熱應力；(7)流量小而粘度大的液體一般宜走殼程，因在流量小而粘度大的液體一般宜走殼程，因在殼程殼程Re100即可達到湍流，但這不是絕對，即可達到湍流，但這不是絕對，如流動阻力損失允許，將這種流體通入管內(nèi)并如流動阻力損失允許，將這種流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，反而能得到更多的對流傳熱采用多管程結(jié)構(gòu)，反而能得到更多的對流傳熱系數(shù)。系數(shù)。三、翅片式換熱器三、翅片式換熱器 1 1、 翅片管換熱器翅片管換熱器 翅片管換熱器是在管的表面

8、加裝翅片制成，翅翅片管換熱器是在管的表面加裝翅片制成，翅片與管表面的連接應緊密無間，否則連接處的接觸片與管表面的連接應緊密無間，否則連接處的接觸熱阻很大，影響傳熱效果。常用的連接方法有熱套熱阻很大，影響傳熱效果。常用的連接方法有熱套、鑲鉗、張力纏繞和焊接等方法。此外，翅片管也、鑲鉗、張力纏繞和焊接等方法。此外，翅片管也可采用整體軋制、整體鑄造或機械加工等方法制造可采用整體軋制、整體鑄造或機械加工等方法制造。當兩種流體的對流傳熱系數(shù)相差較大時，在傳熱。當兩種流體的對流傳熱系數(shù)相差較大時，在傳熱系數(shù)較小的一側(cè)加翅片可以強化傳熱。系數(shù)較小的一側(cè)加翅片可以強化傳熱。 圖4-49翅片式換熱器(a)翅片式

9、換熱器(b)翅片管斷面圖4-50常見的翅片形式板翅式換熱器板翅式換熱器 板翅式換熱器是一種更為高效、緊湊、輕巧的板翅式換熱器是一種更為高效、緊湊、輕巧的換熱器，板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)是在兩塊平行的薄金換熱器，板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)是在兩塊平行的薄金屬板之間，加入波紋狀或其它形狀的金屬翅片，將屬板之間，加入波紋狀或其它形狀的金屬翅片，將兩側(cè)面封死，即成為一個換熱基本元件。將各基本兩側(cè)面封死，即成為一個換熱基本元件。將各基本元件進行不同的疊積和適當?shù)呐帕?，并用釬焊固定，元件進行不同的疊積和適當?shù)呐帕?，并用釬焊固定，即可制成并流、逆流或錯流的板束（或稱芯部），即可制成并流、逆流或錯流的板束（或稱芯部），然后

10、再將帶由流體進出口的接管的集流箱焊在板束然后再將帶由流體進出口的接管的集流箱焊在板束上，即成為板翅式換熱器，目前常用的翅片形式有上，即成為板翅式換熱器，目前常用的翅片形式有光直型翅片、鋸齒型翅片和多孔型翅片三種光直型翅片、鋸齒型翅片和多孔型翅片三種 。 圖4-51板翅式換熱器的板束圖4-52板翅式換熱器的翅片形式(a)光直翅片(b)鋸齒翅片(c)多孔翅片板翅式換熱器的優(yōu)點：板翅式換熱器的優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)緊密、輕巧、導熱系數(shù)高，而且在零度以下結(jié)構(gòu)緊密、輕巧、導熱系數(shù)高，而且在零度以下操作時，其延性和抗拉強度都很高，適用于低溫和超操作時，其延性和抗拉強度都很高，適用于低溫和超低溫的場合，故操作范圍廣，

11、可在低溫的場合，故操作范圍廣，可在-200至絕對零度至絕對零度范圍內(nèi)使用。同時因翅片對隔板有支撐作用，板翅式范圍內(nèi)使用。同時因翅片對隔板有支撐作用，板翅式換熱器允許操作壓強也比較高，可達換熱器允許操作壓強也比較高，可達5MPa。鋁合金。鋁合金制造，故重量輕，在相同的傳熱面下，其重量約為列制造，故重量輕，在相同的傳熱面下，其重量約為列管式的十分之一。由于翅片促進了流體的湍動并破壞管式的十分之一。由于翅片促進了流體的湍動并破壞了熱邊界層的發(fā)展，故其傳熱系數(shù)較高。了熱邊界層的發(fā)展，故其傳熱系數(shù)較高。缺缺 點：點： 設備流道很小，易堵塞，且清洗和檢修困難，故設備流道很小，易堵塞，且清洗和檢修困難，故所

12、處理的物料應較潔凈或預先凈制；另外由于隔板的所處理的物料應較潔凈或預先凈制；另外由于隔板的翅片均由薄鋁板制稱成，故要求介質(zhì)對鋁不腐蝕，制翅片均由薄鋁板制稱成，故要求介質(zhì)對鋁不腐蝕，制造成本較高。造成本較高。塔塔 設設 備備 板式塔為逐級接觸式氣液傳質(zhì)板式塔為逐級接觸式氣液傳質(zhì)設備，它主要由圓柱形殼體、塔板、設備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤等部件構(gòu)溢流堰、降液管及受液盤等部件構(gòu)成，塔板主要有泡罩塔板，篩孔塔成，塔板主要有泡罩塔板，篩孔塔板，浮閥塔，舌型塔板，斜孔塔板。板，浮閥塔，舌型塔板，斜孔塔板。 塔設備的結(jié)構(gòu)塔設備的結(jié)構(gòu) 泡罩塔板泡罩塔板 泡罩塔板是工業(yè)上應用最早的塔板

13、，其泡罩塔板是工業(yè)上應用最早的塔板，其結(jié)構(gòu)主要由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩的下部結(jié)構(gòu)主要由升氣管及泡罩構(gòu)成。泡罩的下部周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩周邊開有很多齒縫，齒縫一般為三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。形或梯形。泡罩在塔板上為正三角形排列。操作時，液體橫向流過塔板，靠溢流堰保持操作時，液體橫向流過塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液層，齒縫浸沒于液層之板上有一定厚度的液層，齒縫浸沒于液層之中而形成液封。升氣管的頂部應高于泡罩齒中而形成液封。升氣管的頂部應高于泡罩齒縫的上沿，以防止液體從中漏下。上升氣體縫的上沿，以防止液體從中漏下。上升氣體通過齒縫進入液層時，被分散成許

14、多細小的通過齒縫進入液層時，被分散成許多細小的氣泡或流股，在板上形成鼓泡層，為氣液兩氣泡或流股，在板上形成鼓泡層，為氣液兩相的傳熱和傳質(zhì)提供大量的界面。相的傳熱和傳質(zhì)提供大量的界面。 泡罩塔板的結(jié)構(gòu)泡罩塔板的結(jié)構(gòu)泡罩塔板的優(yōu)點及缺點泡罩塔板的優(yōu)點及缺點 泡罩塔板的優(yōu)點是操作彈性較大，泡罩塔板的優(yōu)點是操作彈性較大，塔板不易堵塞；缺點是結(jié)構(gòu)復雜、造價塔板不易堵塞；缺點是結(jié)構(gòu)復雜、造價高，板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能高，板上液層厚，塔板壓降大，生產(chǎn)能力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩力及板效率較低。泡罩塔板已逐漸被篩板、浮閥塔板所取代，在新建塔設備中板、浮閥塔板所取代，在新建塔設備中已很少采用。已

15、很少采用。篩篩 孔孔 塔塔 板板 篩孔塔板簡稱篩板，塔板上開有許篩孔塔板簡稱篩板，塔板上開有許多均勻的小孔，孔徑一般為多均勻的小孔，孔徑一般為38mm。篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上篩孔在塔板上為正三角形排列。塔板上設置溢流堰，使板上能保持一定厚度的設置溢流堰，使板上能保持一定厚度的液層。操作時，氣體經(jīng)篩孔分散成小股液層。操作時，氣體經(jīng)篩孔分散成小股氣流，鼓泡通過液層，氣液間密切接觸氣流，鼓泡通過液層，氣液間密切接觸而進行傳熱和傳質(zhì)。在正常的操作條件而進行傳熱和傳質(zhì)。在正常的操作條件下，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液下，通過篩孔上升的氣流，應能阻止液體經(jīng)篩孔向下泄漏。體經(jīng)篩孔向下泄漏。篩孔

16、塔板結(jié)構(gòu)篩孔塔板結(jié)構(gòu)篩孔塔板優(yōu)點及缺點篩孔塔板優(yōu)點及缺點 篩板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、篩板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低，板上液面落差小，氣造價低，板上液面落差小，氣體壓降低，生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)體壓降低，生產(chǎn)能力大，傳質(zhì)效率高。其缺點是篩孔易堵塞，效率高。其缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物不宜處理易結(jié)焦、粘度大的物料。料。浮浮 閥閥 塔塔 板板 浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)浮閥塔板具有泡罩塔板和篩孔塔板的優(yōu)點，應用廣泛。浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點是在塔板上點，應用廣泛。浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點是在塔板上開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可上下浮動開有若干個閥孔，每個閥孔裝有一個可上下浮動的閥片，閥片本身連

17、有幾個閥腿，插入閥孔后將的閥片，閥片本身連有幾個閥腿，插入閥孔后將閥腿底腳撥轉(zhuǎn)閥腿底腳撥轉(zhuǎn)9090，以限制閥片升起的最大高度，以限制閥片升起的最大高度，并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向并防止閥片被氣體吹走。閥片周邊沖出幾個略向下彎的定距片，當氣速很低時，由于定距片的作下彎的定距片，當氣速很低時，由于定距片的作用，閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，在一用，閥片與塔板呈點接觸而坐落在閥孔上，在一定程度上可防止閥片與板面的粘結(jié)。操作時，由定程度上可防止閥片與板面的粘結(jié)。操作時，由閥孔上升的氣流經(jīng)閥片與塔板間隙沿水平方向進閥孔上升的氣流經(jīng)閥片與塔板間隙沿水平方向進入液層，增加了氣液接觸時間，

18、浮閥開度隨氣體入液層，增加了氣液接觸時間，浮閥開度隨氣體負荷而變。負荷而變。浮閥塔板的結(jié)構(gòu)浮閥塔板的結(jié)構(gòu)浮閥塔板優(yōu)點及缺點浮閥塔板優(yōu)點及缺點 浮閥塔板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價浮閥塔板的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效低，生產(chǎn)能力大，操作彈性大，塔板效率較高。其缺點是處理易結(jié)焦、高粘度率較高。其缺點是處理易結(jié)焦、高粘度的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作的物料時，閥片易與塔板粘結(jié)；在操作過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)過程中有時會發(fā)生閥片脫落或卡死等現(xiàn)象，使塔板效率和操作彈性下降。象，使塔板效率和操作彈性下降。 浮閥塔板的工作原理浮閥塔板的工作原理舌舌 型型 塔塔 板板 舌型

19、塔板塔板上沖出許多舌孔，方向朝塔舌型塔板塔板上沖出許多舌孔，方向朝塔板液體流出口一側(cè)張開。舌片與板面成一定的板液體流出口一側(cè)張開。舌片與板面成一定的角度，有角度，有1818、2020、2525三種（一般為三種（一般為2020）。舌孔按正三角形排列，塔板的液體流）。舌孔按正三角形排列，塔板的液體流出口一側(cè)不設溢流堰，只保留降液管，降液管出口一側(cè)不設溢流堰，只保留降液管，降液管截面積要比一般塔板設計得大些。操作時，上截面積要比一般塔板設計得大些。操作時，上升的氣流沿舌片噴出，其噴出速度可達升的氣流沿舌片噴出，其噴出速度可達202030m/s30m/s。當液體流過每排舌孔時，即被噴出的氣。當液體流過

20、每排舌孔時，即被噴出的氣流強烈擾動而形成液沫，被斜向噴射到液層上流強烈擾動而形成液沫，被斜向噴射到液層上方，噴射的液流沖至降液管上方的塔壁后流入方，噴射的液流沖至降液管上方的塔壁后流入降液管中，流到下一層塔板。降液管中，流到下一層塔板。舌舌 型型 塔塔 板板舌型塔板優(yōu)點及缺點舌型塔板優(yōu)點及缺點 舌型塔板的優(yōu)點是：生產(chǎn)能力大，塔板壓舌型塔板的優(yōu)點是：生產(chǎn)能力大，塔板壓降低，傳質(zhì)效率較高；降低，傳質(zhì)效率較高； 缺點是：操作彈性較小，氣體噴射作用易缺點是：操作彈性較小，氣體噴射作用易使降液管中的液體夾帶氣泡流到下層塔板，從使降液管中的液體夾帶氣泡流到下層塔板，從而降低塔板效率。而降低塔板效率。 浮舌

21、塔板如與舌型塔板相比，浮舌塔板的浮舌塔板如與舌型塔板相比，浮舌塔板的特點是其舌片可上下浮動。因此，浮舌塔板兼特點是其舌片可上下浮動。因此，浮舌塔板兼有浮閥塔板和固定舌型塔板的特點，具有處理有浮閥塔板和固定舌型塔板的特點，具有處理能力大、壓降低、操作彈性大等優(yōu)點，特別適能力大、壓降低、操作彈性大等優(yōu)點，特別適宜于熱敏性物系的減壓分離過程。宜于熱敏性物系的減壓分離過程。 斜斜 孔孔 塔塔 板板 斜孔塔板在板上開有斜孔，孔口向上與板斜孔塔板在板上開有斜孔，孔口向上與板面成一定角度。斜孔的開口方向與液流方向垂面成一定角度。斜孔的開口方向與液流方向垂直，同一排孔的孔口方向一致，相鄰兩排開孔直，同一排孔的

22、孔口方向一致，相鄰兩排開孔方向相反，使相鄰兩排孔的氣體向相反的方向方向相反，使相鄰兩排孔的氣體向相反的方向噴出。這樣，氣流不會對噴，既可得到水平方噴出。這樣，氣流不會對噴，既可得到水平方向較大的氣速，又阻止了液沫夾帶，使板面上向較大的氣速，又阻止了液沫夾帶，使板面上液層低而均勻，氣體和液體不斷分散和聚集，液層低而均勻，氣體和液體不斷分散和聚集，其表面不斷更新，氣液接觸良好，傳質(zhì)效率提其表面不斷更新，氣液接觸良好，傳質(zhì)效率提高。高。斜孔塔板優(yōu)點及缺點斜孔塔板優(yōu)點及缺點 斜孔塔板克服了篩孔塔板、浮閥塔板斜孔塔板克服了篩孔塔板、浮閥塔板和舌型塔板的某些缺點。斜孔塔板的生產(chǎn)和舌型塔板的某些缺點。斜孔塔

23、板的生產(chǎn)能力比浮閥塔板大能力比浮閥塔板大30%30%左右，效率與之相當，左右，效率與之相當，且結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，是一種性能且結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，是一種性能優(yōu)良的塔板。優(yōu)良的塔板。斜孔塔板斜孔塔板 填填 料料 塔塔 填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設備。液體從塔頂經(jīng)液體分布器觸構(gòu)件的傳質(zhì)設備。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，氣體從塔底經(jīng)氣體分布裝置分噴淋到填料上，氣體從塔底經(jīng)氣體分布裝置分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質(zhì)。在填料表面上，氣液兩相密

24、切接觸進行傳質(zhì)。當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集當液體沿填料層向下流動時，有逐漸向塔壁集中的趨勢，壁流效應造成氣液兩相在填料層中中的趨勢，壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當填分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當填料層較高時，需要進行分段，中間設置再分布料層較高時，需要進行分段，中間設置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分。再分布器兩部分。填料塔填料塔 填料塔的塔填料塔的塔身是一直立式圓身是一直立式圓筒，底部裝有填筒，底部裝有填料支承板，填料料支承板，填料以亂堆或整砌的以亂堆或整砌的方式放置在支承方式放置在支承板上。填料的上板上。填料的上方安裝填料壓板，方安裝填料壓板，以防被上升氣流以防被上升氣流吹動。吹動。填填 料料1、散裝填料是一個個具有一定幾何形狀、散裝填料是一個個具有