換熱器概論文檔

換熱器概論

隨著科技高速發(fā)展的今天，換熱器已廣泛應用國內(nèi)各個生產(chǎn)領域，換熱器跟人們生活息息相關。換熱器顧名思義就是用來熱交換的機械設備。有氣體-氣體交換，氣體-液體交換，液體-液體交換這幾種。就是一種介質(zhì)熱能降低，另一種介質(zhì)熱能增多，達到熱平衡，符合Q（吸）=Q（放）的熱平衡公式。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應用最多換熱器簡介及分類。換熱器是一種非常重要的換熱設備，能夠把熱量從一種介質(zhì)傳遞給另一種介質(zhì)，在各種工業(yè)領域中有很廣泛的應用。尤其在化工、能源、交通、機械、制冷、空調(diào)等領域應用更廣泛。換熱器能夠充分利用工業(yè)的二次能源，并且能夠?qū)崿F(xiàn)余熱回收和節(jié)能。換熱器的種類很多，根據(jù)不同的工業(yè)領域可以選用不同的換熱器，可以更大的發(fā)揮換熱器的傳遞熱量的作用?，F(xiàn)在由于人們追求換熱器重量輕、占地面積少、使用經(jīng)濟性高，從而推動了緊湊式換熱表面的發(fā)展，所以緊湊式換熱器在實際應用中種類很多。管殼式的換熱器在過程工業(yè)中的應用很廣泛。除了工業(yè)中用到的主要換熱器種類，如緊湊式換熱器、管殼式換熱器、再生器和板式換熱器外，還有其他特殊的換熱器，如雙套管、熱管、螺旋式、板殼式、夾套式等。換熱器根據(jù)傳遞過程分為：間接接觸式——直接傳遞式、蓄熱式、流化床等。直接接觸式——冷卻塔。根據(jù)流動形式分為：并流、逆流、錯流。根據(jù)分成情況分類：單程換熱器、多程換熱器、根據(jù)流體的相態(tài)分類：氣-液換熱器、液-液換熱器、氣-氣換熱器。根據(jù)傳熱機理分類：冷凝器、蒸發(fā)器1.2常見換熱器原理及特點各種換熱器的作用、工作原理、結(jié)構(gòu)以及其中工作的流體種類、數(shù)量等差別很大，因此幾種常見換熱器的構(gòu)造和原理如下：■板式換熱器的構(gòu)造原理、特點：板式換熱器由高效傳熱波紋板片及框架組成。板片由螺栓夾緊在固定壓緊板及活動壓緊板之間，在換熱器內(nèi)部就構(gòu)成了許多流道，板與板之間用橡膠密封。壓緊板上有本設備與外部連接的接管。板片用優(yōu)質(zhì)耐腐蝕金屬薄板壓制而成，四角沖有供介質(zhì)進出的角孔，上下有掛孔。人字形波紋能增加對流體的擾動，使流體在低速下能達到湍流狀態(tài)，獲得高的傳熱效果。并采用特殊結(jié)構(gòu)，保證兩種流體介質(zhì)不會串漏?！雎菪迨綋Q熱器的構(gòu)造原理、特點：螺旋板式換熱器是一種高效換熱器設備,適用汽－汽、汽－液、液－液，對液傳熱。它適用于化學、石油、溶劑、醫(yī)藥、食品、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業(yè)。按結(jié)構(gòu)形式可分為不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋板式換熱器?！隽泄苁綋Q熱器的構(gòu)造原理、特點：列管式換熱器（又名列管式冷凝器），按材質(zhì)分為碳鋼列管式換熱器，不銹鋼列管式換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管式換熱器三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器，按結(jié)構(gòu)分為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1～500m2，可根據(jù)用戶需要定制。■管殼式換熱器的構(gòu)造原理、特點：管殼式換熱器是進行熱交換操作的通用工藝設備。廣泛應用于化工、石油、石油化工、電力、輕工、冶金、原子能、造船、航空、供熱等工業(yè)部門中。特別是在石油煉制和化學加工裝置中，占有極其重要的地位?！鋈莘e式換熱器的構(gòu)造原理、特點：自動控溫節(jié)能型容積式熱交換器，它充分利用蒸汽能源、高效、節(jié)能，是一種新型熱水器。普通熱水器一般需要配置水水熱交換器來降低蒸汽凝結(jié)水溫度以便回用。而節(jié)能型熱交換器凝結(jié)水出水溫度在45℃左右，或直接回鍋爐房重復使用。這樣減少了設備投資，節(jié)約熱交換器機房面積，從而降低基建造價，因此節(jié)能型容積式熱交換器深受廣大設計、用戶單位歡迎。鋼襯銅熱交換器比不銹鋼熱交換器經(jīng)濟，并且技術上有保證。它利用了鋼的強度和銅的耐腐蝕性，即保證熱交換器能承受一定工作壓力，又使熱交換器出水質(zhì)量好。鋼殼內(nèi)襯銅的厚度一般為1.0mm。鋼襯銅熱交換器必須防止在罐內(nèi)形成部分真空，因此產(chǎn)品出廠時均設有防真空閥。此閥除非定期檢修是絕對不能取消的。部分真空的形成原因可能是排出不當，低水位時從熱交換器，或者排水系統(tǒng)不良。水錘或突然的壓力降也是造成壓負的原因?！龈☆^式換熱器的構(gòu)造原理、特點：浮頭式換熱器其一端管板與殼體固定，而另一端的管板可以在殼體內(nèi)自由浮動。殼體和管束對熱膨脹是自由的，故當兩種介質(zhì)的溫差較大時，管束與殼體之間不會產(chǎn)生溫差應力。浮頭端設計成可拆結(jié)構(gòu)，使管束可以容易地插入或抽出，這樣為檢修和清洗提供了方便。這種形式的換熱器特別適用于殼體與換熱管溫差應力較大，而且要求殼程與管程都要進行清洗的工況?！龉苁綋Q熱器的構(gòu)造原理、特點：DLG型列管式換熱器利用熱傳導和熱輻射的原理，煙道氣通過管程與逆流通過殼程的空氣進行能量交換，從而達到輸出潔凈熱空氣的目的。該換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，運行可靠，列管采用耐高溫的薄壁波紋管，增加發(fā)傳熱面積和換熱效率。廣泛應用于化工、制藥、輕工等行業(yè)廢氣余熱利用和空氣加熱?！鰺峁軗Q熱器的構(gòu)造原理、特點：熱管是一種高效傳熱元件，其導熱能力比金屬高幾百倍至數(shù)千倍。熱管還具有均溫特性好、熱流密度可調(diào)、傳熱方向可逆等特性。用它組成熱管換熱器不僅具有熱管固有的傳熱量大、溫差小、重量輕體積小、熱響應迅速等特點，而且還具有安裝方便、維修簡單、使用壽命長、阻力損失小、進、排風流道便于分隔、互不滲漏等特點。熱管是由內(nèi)壁加工有槽道的兩端密封的鋁（軋）翅片管經(jīng)清洗并抽成高真空后注入最佳液態(tài)工質(zhì)而成，隨注入液態(tài)工質(zhì)的成分和比例不同，分為KLS低溫熱管換熱器、GRSC-A中溫熱管換熱器、GRSC-B高溫熱管換熱器。熱管一端受熱時管內(nèi)工質(zhì)汽化，從熱源吸收汽化熱，汽化后蒸汽向另一端流動并遇冷凝結(jié)向散熱區(qū)放出潛熱。冷凝液借毛細力和重力的作用回流，繼續(xù)受熱汽化，這樣往復循環(huán)將大量熱量從加熱區(qū)傳遞到散熱區(qū)。熱管內(nèi)熱量傳遞是通過工質(zhì)的相變過程進行的。將熱管元件按一定行列間距布置，成束裝在框架的殼體內(nèi)，用中間隔板將熱管的加熱段和散熱段隔開，構(gòu)成熱管換熱器。■汽水換熱器的構(gòu)造原理、特點：該換熱器是在板式換熱器的基礎上加裝降溫與降壓器而組成的，利用調(diào)節(jié)器對高蒸汽或高溫水進行一級換熱使之降之150℃以下。進入板式換熱器進行換熱，適用于高溫蒸汽及高溫水(150℃以上)。這種裝置集板式換熱器同時具有降溫與降壓器的優(yōu)點。使換熱器更加充分地進行熱量交換?！隹諝鈸Q熱器的構(gòu)造原理、特點：加熱爐窯為了降低能耗，在煙道中設置空氣換熱器，以回收煙氣中的大量余熱，達到節(jié)約燃料、降低生產(chǎn)成本，提高燃燒溫度、增加爐子的產(chǎn)量?？諝鈸Q熱器是余熱利用的理想設備，在軋鋼加熱爐、熱處理爐、煅造加熱爐等各種工業(yè)爐窯上得到廣泛應用。爐用空氣換熱器的種類很多，目前國內(nèi)外絕大多數(shù)采用的是金屬換熱器，空氣換熱器是利用爐窯排出的尾氣熱量將空氣預熱至一定的溫度后返回爐內(nèi)助燃或用于其它設備。金屬換熱器具有體積小、熱交換效率高、嚴密性好、結(jié)構(gòu)簡單等特點?！霾y管換熱器的構(gòu)造原理、特點：產(chǎn)品特點一種新型的強化傳熱節(jié)能型高效換熱設備，在傳統(tǒng)列管式換熱器的基礎上，采用強化傳熱技術，是對傳統(tǒng)各類換熱器的重大突破。公稱通徑DN325～2000mm；公稱壓力P0.6～.4Mpa；換熱管規(guī)格Ф19,Ф25,Ф32,Ф42.壁厚0.5～1.0；工作介質(zhì)水－水、汽－水、油－水、油－油等多種換熱介質(zhì)?？倐鳠嵯禂?shù)水－水K＝2000～3500w/㎡；汽－水K＝2500～4000w/㎡；其它介質(zhì)視介質(zhì)物理性能及工況而定。優(yōu)性能傳熱效率高，防腐能力好，不污、不堵、不易結(jié)垢，無需維護，密封可靠，運行平穩(wěn)，占地少，節(jié)省投資?！鍪珦Q熱器的構(gòu)造原理、特點：圓塊孔式石墨換熱器由柱形不滲透性石墨換熱塊、石墨上下蓋和其間的氟氧橡膠（或柔性石墨）O型圈及金屬外殼、壓蓋等組裝而成。是目前較先進、性能較優(yōu)越的一種石墨換熱器。圓柱形石墨換熱塊有較高的結(jié)果強度，并易與解決密封問題；在密封中采用氟橡膠（或柔性石墨）O型圈密封介質(zhì)，加裝壓力彈簧作為熱脹冷縮的自動補償，以起到密封保持作用；采用短通道提高紊流程度使設備結(jié)構(gòu)度高、耐溫耐壓性能強、抗熱沖擊性能好、體積利用率高、傳熱效果好并便于裝拆檢修。設備縱向孔走腐蝕性介質(zhì)，橫向孔走非腐蝕性介質(zhì)。間壁式換熱器的類型包括板式換熱器，夾套式換熱器，沉浸式蛇管換熱器，噴淋式換熱器，套管式換熱器，管殼式換熱器。板式換熱器是一種結(jié)構(gòu)緊湊，組裝方便，占地面積小，傳熱系數(shù)的熱交換設備。當雷諾數(shù)為200時，就能達到湍流狀態(tài)，熱系數(shù)可達4000-7000W/M2℃，是同等流速的管殼式換熱器的3至5倍。設計上是軟硬結(jié)合的熱混合的設計技術，不同的波紋面的孿生軟硬板，根據(jù)不同的要求，可以組合不同的阻力的流道，從而使傳熱達到最優(yōu)化，可實現(xiàn)其經(jīng)濟合理化。其最大的缺點由于組合件是有橡膠密封，承壓有極限，不能應用相高壓的環(huán)境中。由于板片之間交叉成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，要求其運行的介質(zhì)分子的顆粒要有一定的范圍，不然很容易堵塞，由于獨特的組合形式，泄露時維修極其方便，更換配件簡單，所以大多行業(yè)用量較大，例如集中供熱行業(yè)、輕工、石油、化工食品等多個行業(yè)。管殼式換熱器是一種設計復雜制造工藝繁瑣的換熱設備，在壓力容器的制造過程中，必須遵守相應的章程和制度，管板的厚度，殼體的厚度都得符合GB6654-1996和GB713-1997的相應標準，不銹鋼的標準符合GB/T4237-2007的水平，換熱管的設計也要根據(jù)腐蝕程度，抗壓能力上做嚴格的選擇。其在運行的過程中流體的相對流向一般有順流和逆流2種。順流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小管式換熱器在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減?。蝗魝鳠崦娣e不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設備費，后者可節(jié)省操作費，故在設計或生產(chǎn)使用中應盡量采用逆流換熱。管式換熱器當冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化（沸騰或冷凝）時，由于相變時只放出或吸收汽化熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。管式換熱器在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)黏滯于傳熱面上的流體薄層（稱為邊界層），和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的。污垢層，金屬壁的熱阻相對較小.管式換熱器增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設計時應在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。管式換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。管式換熱器按不同方式不同分類1.固定管板式。固定管板式換熱器的兩端管和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當位置上焊上一個補償圈，或膨脹節(jié)。當殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應力引起的熱膨脹。特點為結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈且不易結(jié)垢的物料。2.U形管式。U形管式換熱器每根管子均彎成U形，流體進、出口分別安裝在同一端的兩側(cè)，封頭內(nèi)用隔板分成兩室，每根管子可自由伸縮，來解決熱補償問題。特點為結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合。管程清洗困難，管程流體必須是潔凈和不易結(jié)垢的物料。3.浮頭式。換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應力。特點為結(jié)構(gòu)復雜、造價高，便于清洗和檢修，完全消除溫差應力，應用普遍。但就其安裝要有一定的空間，占地面積大，使用于壽命較長冶金，焦化等要求熱交換率低的場所。換熱器技術的發(fā)展前景，換熱器在國民經(jīng)濟和化工生產(chǎn)領域中對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)經(jīng)濟性、可靠性起著舉足輕重的作用因此開發(fā)新型高效和結(jié)構(gòu)緊湊的換熱器是目前換熱器研究的一個重要方向。因此,幾十年來,高效換熱器的開發(fā)與研究始終是人們關注的課題,國內(nèi)外先后推出了一系列新型高效換熱器。新型高效換熱器簡介1氣動噴涂翅片管換熱器2焊接式板式換熱器3螺旋折流板換熱器4新型麻花管換熱器Hitan繞絲花環(huán)換熱器而在我國換熱器的制造技術遠落后于外國，由于制造工藝和科學水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。在國外二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。60年代左右，由于空間技術和尖端科學的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應用。此外，自60年代開始，為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展，這一類換熱器不但是從材料上有了較大的突破，而且采用新穎的理念，增加強化傳熱。70年代中期，為了進一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，人們更是采用各種科學的辦法來增強換熱器內(nèi)的傳熱。70年代的世界能源危機，有力促進了換熱強化技術的發(fā)展。為了節(jié)能將耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效換熱設備。所以這些年來，換熱器的開發(fā)和研究成了人們關注的課題。當今換熱器技術的發(fā)展以CFD（計算流體力學技術）、模型化技術、強化傳熱技術等形成一個高技術體系。所謂提高換熱器性能，就是提高其傳熱性能。狹義的強化傳熱系數(shù)指