各类换热器及适用

各类换热器及适用

     换热器分类：

　　①按用途-加热器、冷却器、冷凝器、再沸器、蒸发器等。

　　②按冷热流体热量交换的原理和方式。

　　直接接触式：冷、热直接混合。

　　蓄热式：

　　间壁式：冷、热两流体由固体壁隔开，不直接接触。

　　间壁式换热器的类型：

　　(1)夹套式换热器

　　结构：在容器外壁安装夹套制成。

　　优点：结构简单。

　　缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。

　　应用范围：主要用于反应过程的加热或冷却。

　　强化传热方法：釜内安装搅拌器，加螺旋隔板，在釜内安装蛇管。

　　(2)沉浸式蛇管换热器

　　结构：将金属管子绕成各种形状，沉浸在液体中。

　　优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。

　　缺点：管外流体的湍流程度低，表面传热系数较小。管内易除垢。强化传热方法：可安装搅拌器。

　　(3)喷淋式换热器

　　结构：将换热管成排地固定于支架上，热流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋。

　　优点：湍流程度高，传热效果好；冷却水在喷林中气化，携带热量，降低冷却水温度；便于检修和清洗。缺点：喷淋不易均匀，杂质易进入冷却水。

　　应用范围：多用于冷却管内的热流体。

　　（4）套管式换热器

　　结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程。优点：表面传热系数大；逆流流动，平均温差最大；结构简单；能承受高压。

　　缺点：占地面极大；耗材量大；易泄漏。

　　应用范围：流量不大，粘度较大，传热面积不多，压强较高。

　　（5）管壳式换热器

　　又称为列管式换热器，是最典型的间壁式换热器。

　　结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。

　　优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大。

　　多管程：封头内设置分程隔板。单管程→多管程。

　　多壳程：相当于单壳程串联，传热面积↑。

　　说明：管程数↑，流通截面积↓，管内流速↑，hi↑，强化传热。

　　折流挡板：

　　作用：提高壳程流体湍动程度(Re>100湍流)，ho，强化传热。冲刷沉积物，减小污垢热阻；对壳体起支撑作用。

　　代价：壳体阻力↑，系统动力消耗↑。

　　安装：上下安装，常用；左右安装，排液不畅时采用。

　　常用形式：弓形，圆盘形。

　　a）固定管板式换热器

　　优点：结构简单，成本低；

　　局限：管、壳温度不同，产生热应力，当Δt＞50℃时，管弯曲、断裂或管板变形。

　　壳程不易机械清洗；

　　适用：*壳程流体不易结垢或容易化学清洗；

　　*壳体与传热管壁温度之差小于50℃，否则加膨胀节。

　　b）浮头式换热器

　　一端可以沿轴向自由浮动：

　　特点：消除了温差应力、便于清洗和检修；结构复杂、成本高。

　　适用：应用广泛。

　　c）U形管式换热器

　　特点：具有温度补偿作用；管程不易清洗。

　　适用：可用于高温高压，适用于管程为洁净而不易结垢的流体。

　　列管式换热器的设计和选用：

　　（1）列管式换热器设计和选用应考虑的问题

　　(a)选择流程：哪一个物流走管程，哪一个物流走壳程。

　　一般经验原则：

　　(b)流速的选择

　　流速↓，表面传热系数↓，污垢热阻↑，流体阻力↓；

　　流速↑，表面传热系数↑，污垢热阻↓，流体阻力↑。

　　管程和壳程都需要选择适宜的流速：

　　对于液体，一般粘度越大，要求流速越大。

　　(c)流动方式的选择

　　对于同样的进、出口条件，传热量相同，A逆

　　管程或壳程↑，表面传热系数↑，但同时流动阻力↑，

　　△tm↓，应权衡确定。

　　(d)换热管规格和排列的选择

　　换热管规格：

　　换热管规格越小；单位体积传热面积越大；容易结垢、赌塞，阻力大；制造、检修不便。

　　管长选取：有利于清洗和选材。

　　1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m

　　管子在管板上的排列：

　　正三角形排列、正方形排列两种：

　　正三角形排列优点：结构紧凑；管外湍流程度高，表面传热系数大。

　　正方角形排列优点：易于检修、清洗。

　　(e)折流挡板：可大幅度提高管外表面传热系数。

　　考察折流板的参数：形式、缺口大小、折流板间距。

　　圆缺形折流挡板的缺口大小的选择：

　　圆缺形折流挡板的间距的选择：

　　间距太大，表面传热系数下降，

　　间距太小，阻力增大，不便制造、检修。

　　挡板间距：一般取壳体内径的0.2~1.0倍。

　　我国系列标准：

　　固定管板：100、150、200、300、450、600、700；

　　浮头式：100、150、200、250、300、350、450、600。

　　（2）流体通过换热器时阻力的计算：

　　①管程阻力：

　　②壳程阻力：对于壳程阻力的计算，由于流动状态比较复杂，计算公式多，计算结果相差较大。

　　埃索法：

　　任务：已知某物流流量、初始温度加热（或者冷却）至某一温度。

　　需要：确定加热（或者冷却）物流和换热设备。

　　A选择匹配物流：

　　根据工艺物流的初始温度、目标温度和热负荷。

　　优先选择工艺物流；

　　尽量选择低品位的公用工程。

　　其他类型换热器：

　　（1）各种板式换热器

　　①板式换热器：

　　高效紧凑的换热设备：

　　优点：

　　板间流动湍流程度高，板片厚度薄，传热系数大。

　　板间缝隙小、结构紧凑、单位容积提供的传热面积大250~1000（圆管40~150） 、金属材料消耗量低。

　　具有可拆卸结构，操作灵活性大、、加工容易、检修清洗方便。

　　缺点：

　　允许操作压力、操作温度比较低；

　　处理量不大；易渗漏。

　　②螺旋板式换热器

　　③板壳式换热器

　　与列管式换热器的区别：板束→管束

　　优点：传热系数大、结构紧凑、坚固，能承受很高的温度和压力。

　　缺点：制造工艺复杂、焊接要求高。

　　（2）空气冷却器

　　适用：适用于缺水地区。

　　缺点：装置比较庞大、占空间多、动力消耗大。

　　（3）热管换热器

　　一种新型传热元件。

   优点：传热能力大、应用范围广、结构简单、工作可靠；

　适用：对冷热两侧传热系数都很小的传热过程比较有效。

换热器网络综合：

　要确定具有最小的设备投资费用和操作费用的换热网络，并满足把每一过程物流由初始温度达到指定的目标温度。