换热器结构及设计.pdf

换热器结构及设计§1间壁式换热器一.夹套式换热器结构如图所示。夹套空间是加热介质和冷却介质的通路。这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却。当用蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管流出。作为冷却器时，冷却介质（如冷却水）由夹套下部接管进入，由上部接管流出。夹套式换热器结构简单，但由于其加热面受容器壁面限制，传热面较小，且传热系数不高。二.喷淋式换热器喷淋式换热器的结构与操作如下图所示。这种换热器多用作冷却器。热流体在管内自下而上流动，冷水由最上面的淋水管流出，均匀地分布在蛇管上，并沿其表面呈膜状自上而下流下，最后流入水槽排出。喷淋式换热器常置于室外空气流通处。冷却水在空气中汽化亦可带走部分热量，增强冷却效果。其优点是便于检修，传热效果较好。缺点是喷淋不易均匀。三.套管式换热器套管式换热器的基本部件由直径不同的直管按同轴线相套组合而成。内管用180°的回弯管连接，外管亦需连接，结构如图所示。每一段套管为一程，每程有效长度为4～6m。若管子太长，管中间会向下弯曲，使环隙中的流体分布不均匀。套管换热器的优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当选择两管的管径，两流体皆可获得适宜的流速，且两流体可作严格逆流。其缺点是管间接头较多，接头处易泄漏，单位换热器体积具有的传热面积较小。故适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。四.管壳式换热器1.固定管板式结构如图所示。管子两端与管板的连接方式可用焊接法或胀接法固定。壳体则同管板焊接。从而管束、管板与壳体成为一个不可拆的整体。这就是固定管板式名称的由来。折流板主要是圆缺形与盘环形两种，其结构如图所示。操作时，管壁温度是由管程与壳程流体共同控制的，而壳壁温度只与壳程流体有关，与管程流体无关。管壁与壳壁温度不同，二者线膨胀不同，又因整体是固定结构，必产生热应力。热应力大时可能使管子压弯或把管子从管板处拉脱。所以当热、冷流体间温差超过50℃时应有减小热应力的措施，称“热补偿”。固定管板式列管换热器常用“膨胀节”结构进行热补偿。图所示的为具有膨胀节的固定管板式换热器，即在壳体上焊接一个横断面带圆弧型的钢环。该膨胀节在受到换热器轴向应力时会发生形变，使壳体伸缩，从而减小热应力。但这种补偿方式仍不适用于热、冷流体温差较大（大于70℃）的场合，且因膨胀节是承压薄弱处，壳程流体压强不宜超过6at。为更好地解决热应力问题，在固定管板式的基础上，又发展了浮头式和U型管式列管换热器。2.浮头式结构如图所示。其特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向自由伸缩。这种结构不但完全消除了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。浮头式换热式应用较为普遍，但结构复杂，造价较高。3.U型管式如图所示，U型管式换热器每根管子都弯成U型，管子的进出口均安装在同一管板上。封头内用隔板分成两室。这样，管子可以自由伸缩，与壳体无关。这种换热器结构适用于高温和高压场合，其主要不足之处是管内清洗不易，制造困难。§2管壳式换热器的设计和选用一.管壳式换热器的设计和选用要考虑的问题（一）冷，热流体流动的通道的选择（二）流动方式的选择（三）换热管规格和排列的选择（四）折流挡板二.管壳式换热器的给热系数三.流体通过换热器的阻力损失§3其它类型换热器一.各种板式换热器1.螺旋板式换热器结构如图所示。其特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向自由伸缩。这种结构不但完全消除了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。浮头式换热式应用较为普遍，但结构复杂，造价较高。螺旋板换热器的直径一般在1.6m以内，板宽200～1200mm，板厚2～4mm。两板间的距离由预先焊在板上的定距撑控制，相邻板间的距离为5～25mm。常用材料为碳钢和不锈钢。螺旋板换热器的优点是：①传热系数高：螺旋流道中的流体由于离心惯性力的作用，在较低雷诺数下即可达到湍流（一般在Re=1400～1800时即为湍流），并且允许采用较高流速（液体2m/s，气体20m/s），所以传热系数较大。如水与水之间的换热，其传热系数可达2000～3000W/(m2℃），而列管·式换热器一般为1000～2000W/(m2℃）。·②不易结垢和堵塞：由于对每种流体流动都是单通道，流体的速度较高，又有离心惯性力的作用，湍流程度高，流体中悬浮的颗粒不易沉积，故螺旋板换热器不易结垢和堵塞，宜处理悬浮液及粘度较大的流体。③能利用低温热源：由于流体流动的流道长和两流体可完全逆流，故可在较小的温差下操作，充分回收低温热源。据有的资料介绍，若流体出口端热、冷流体温差可小至3℃。④结构紧凑：单位体积的传热面积约为列管式的3倍。螺旋板式换热器的主要缺点是：①操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强