分類:按用途-加熱器、冷卻器、冷凝器、再沸器、蒸發(fā)器等。按冷熱流體熱量交換的原理和方式直接接觸式：冷、熱直接混合。蓄熱式：,4.7換熱器,間壁式：冷、熱兩流體由固體壁隔開，不直接接觸,4.7.1間壁式換熱器的類型,(1)夾套式換熱器,結(jié)構(gòu)：在容器外壁安裝夾套制成。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：傳熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)小。應(yīng)用范圍：主要用于反應(yīng)過(guò)程的加熱或冷卻。強(qiáng)化傳熱方法：釜內(nèi)安裝攪拌器，加螺旋隔板，在釜內(nèi)安裝蛇管。,(2)沉浸式蛇管換熱器,結(jié)構(gòu)：將金屬管子繞成各種形狀，沉浸在液體中。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于防腐，能承受高壓。缺點(diǎn)：管外流體的湍流程度低，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小。管內(nèi)易除垢。強(qiáng)化傳熱方法：可安裝攪拌器。,(3)噴淋式換熱器,結(jié)構(gòu)：將換熱管成排地固定于支架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水由管上方的噴淋。優(yōu)點(diǎn)：湍流程度高，傳熱效果好；冷卻水在噴林中氣化，攜帶熱量，降低冷卻水溫度；便于檢修和清洗。缺點(diǎn)：噴淋不易均勻，雜質(zhì)易進(jìn)入冷卻水。應(yīng)用范圍：多用于冷卻管內(nèi)的熱流體。,（4）套管式換熱器,結(jié)構(gòu)：將兩種直徑大小不同的直管裝成同心套管，并可用U形肘管把管段串聯(lián)起來(lái)，每一段直管稱作一程。優(yōu)點(diǎn)：表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大；逆流流動(dòng)，平均溫差最大；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；能承受高壓。缺點(diǎn)：占地面極大；耗材量大；易泄漏。應(yīng)用范圍：流量不大，粘度較大，傳熱面積不多，壓強(qiáng)較高,結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。,（5）管殼式換熱器,又稱為列管式換熱器，是最典型的間壁式換熱器。,優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，,單程：多程：多管程：封頭內(nèi)設(shè)置分程隔板單管程多管程。,多殼程：相當(dāng)于單殼程串聯(lián)，傳熱面積。,流通截面積：,傳熱面積：,說(shuō)明：管程數(shù)，流通截面積，管內(nèi)流速，hi，強(qiáng)化傳熱。,安裝：上下安裝，常用；左右安裝，排液不暢時(shí)采用。,常用形式：弓形，圓盤形。,折流擋板,作用：提高殼程流體湍動(dòng)程度(Re100湍流)，ho，強(qiáng)化傳熱。沖刷沉積物，減小污垢熱阻；對(duì)殼體起支撐作用。,代價(jià)：殼體阻力，系統(tǒng)動(dòng)力消耗。,弓形,圓盤形,a）固定管板式換熱器,適用：*殼程流體不易結(jié)垢或容易化學(xué)清洗；*殼體與傳熱管壁溫度之差小于50C，否則加膨脹節(jié)。,局限：管、殼溫度不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力，當(dāng)t50時(shí)，管彎曲、斷裂或管板變形。殼程不易機(jī)械清洗；,優(yōu)點(diǎn)：*結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；,固定管板式浮頭式U形管式,特點(diǎn)：消除了溫差應(yīng)力、便于清洗和檢修；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高；適用：應(yīng)用廣泛。,b）浮頭式換熱器,一端可以沿軸向自由浮動(dòng),c）U形管式換熱器,特點(diǎn)：具有溫度補(bǔ)償作用；管程不易清洗。適用：可用于高溫高壓，適用于管程為潔凈而不易結(jié)垢的流體。,結(jié)構(gòu):,4.7.2列管式換熱器的設(shè)計(jì)和選用,流體有結(jié)垢管程腐蝕性管程壓力高的高低管程飽和蒸汽，需要冷卻的流體殼程流量小而粘度大的流體殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體殼程,一般經(jīng)驗(yàn)原則,(a)選擇流程:哪一個(gè)物流走管程，哪一個(gè)物流走殼程,（1）列管式換熱器設(shè)計(jì)和選用應(yīng)考慮的問題,(b)流速的選擇流速，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，污垢熱阻，流體阻力；流速，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，污垢熱阻，流體阻力。,管程和殼程都需要選擇適宜的流速,一般流體0.530.21.5易結(jié)垢液體10.5氣體530315,對(duì)于液體，一般粘度越大，要求流速越大,管程,殼程,(c)流動(dòng)方式的選擇對(duì)于同樣的進(jìn)、出口條件，傳熱量相同，A逆A并；管程或殼程，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但同時(shí)流動(dòng)阻力，tm，應(yīng)權(quán)衡確定。,200,100,60,160,單管程逆流,多管程,200,100,160,60,110,200,100,160,60,110,(d)換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管規(guī)格：,1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m,換熱管規(guī)格越小單位體積傳熱面積越大容易結(jié)垢、賭塞，阻力大，制造、檢修不便,管長(zhǎng)選取：有利于清洗和選材,管子在管板上的排列：,正三角形排列、正方形排列兩種,正三角形排列優(yōu)點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)緊湊管外湍流程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大,正方角形排列優(yōu)點(diǎn)：,易于檢修、清洗,(e)折流擋板,可大幅度提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),圓缺形折流擋板的缺口大小的選擇,考察折流板的參數(shù)：形式、缺口大小、折流板間距,擋板間距：一般取殼體內(nèi)徑的0.21.0倍,圓缺形折流擋板的間距的選擇,間距太大，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降，間距太小，阻力增大，不便制造、檢修,我國(guó)系列標(biāo)準(zhǔn)：,固定管板：100、150、200、300、450、600、700,浮頭式：100、150、200、250、300、350、450、600,（2）流體通過(guò)換熱器時(shí)阻力的計(jì)算,管程阻力,殼程阻力對(duì)于殼程阻力的計(jì)算，由于流動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，計(jì)算公式多，計(jì)算結(jié)果相差較大。,埃索法：,（3）管殼式換熱器的設(shè)計(jì)和選用的計(jì)算步驟,任務(wù)：已知某物流流量、初始溫度加熱（或者冷卻）至某一溫度，需要：確定加熱（或者冷卻）物流和換熱設(shè)備,A選擇匹配物流：根據(jù)工藝物流的初始溫度、目標(biāo)溫度和熱負(fù)荷,優(yōu)先選擇工藝物流盡量選擇低品位的公用工程,熱量恒算方程,算出熱負(fù)荷、匹配物流的目標(biāo)溫度或者流量,A選擇匹配物流：,C算出平均傳熱溫差,B選擇流程,D根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)總傳熱系數(shù)K估,計(jì)算傳熱面積A估,E選取管程適宜管徑、流速，根據(jù)A估，確定管數(shù)、管長(zhǎng)及管程數(shù)。,F確定管子排列方式，選取管心距，計(jì)算殼體內(nèi)徑,正方形排列,正三角形排列,殼徑的圓整,以400為基數(shù)，100或者50為進(jìn)級(jí)檔,G選取折流板,圓缺通常取25%,確定折流板間距，計(jì)算折流板數(shù),H選取進(jìn)出口接管直徑,I計(jì)算管、殼程阻力,計(jì)算管、殼程流速和阻力，判斷是否合理。,J核算熱流量,求出總傳系數(shù)K計(jì)，并與估算時(shí)所取用的傳熱系數(shù)K估進(jìn)行比較。如果相差較多，應(yīng)重新估算。,一般應(yīng)使裕度為20%左右。,裕度的計(jì)算式為：,計(jì)算傳熱面積并求裕度,計(jì)算示例,4.7.3換熱器的傳熱強(qiáng)化途徑,強(qiáng)化方法：提高K、A或tm目的：傳熱面積，使設(shè)備費(fèi)用降低。（1）提高K值,降低污垢熱阻；提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)*若hiho，提高h(yuǎn)小(hi)的一側(cè)；*兩側(cè)h相近，應(yīng)同時(shí)提高兩側(cè)流體的h。,提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h的方法無(wú)相變傳熱a）提高管內(nèi)流速,代價(jià)：流動(dòng)阻力，動(dòng)力消耗，操作費(fèi)用。,經(jīng)濟(jì)優(yōu)化：選擇適宜流速，使總費(fèi)用最低。,優(yōu)點(diǎn)：總傳熱系數(shù)，傳熱面積，設(shè)備投資費(fèi),流速,非工藝物流：流量,工藝物流：流通截面積,殼程：折流擋板數(shù)目,管程：?jiǎn)喂艹屉p(多)管程,b）制造人工粗造表面促進(jìn)邊界層分離，減薄層流底層，強(qiáng)化傳熱。c）加設(shè)擾流元件管內(nèi)裝入麻花鐵、螺旋圈或金屬絲片；增強(qiáng)湍動(dòng)，破壞層流底層。,有相變傳熱冷凝：1）采用滴狀冷凝，2）及時(shí)排放不冷凝氣體，3）氣、液流向一致，4）合理布置冷凝面，5）利用表面張力（溝槽，金屬絲）。沸騰：1）保持核狀沸騰，2）制造人工表面，增加汽化核心數(shù)。,（2）提高傳熱推動(dòng)力,限制：兩側(cè)均為工藝物流時(shí)，溫度不能任意改動(dòng)。,適用：一側(cè)為公用工程物流(加熱蒸汽、冷凝水)時(shí)，其進(jìn)口溫度可調(diào)。,例：提高冷卻水用量tc2，tm提高加熱蒸氣壓力p，ts，tm蒸發(fā)、閃蒸p，ts，tm,（3）增加傳熱面積改善傳熱表面，增加單位體積設(shè)備的傳熱面積。如采用：,不同異形管；開槽及加翅片；折流形式；多孔、高效傳熱面。,縱向翅片管,橫向翅片管,螺旋槽紋管,縮放管,管殼式換熱器的缺點(diǎn),流通截面積相同的情況下，圓形通道表面積最小，即相同流速下，圓管表面積最小,圓管之間不能緊密排列，單位體積換熱器的傳熱面小，材料消耗大。,4.7.4其他類型換熱器,（1）各種板式換熱器,板式換熱器,板式換熱器流向示意圖,高效緊湊的換熱設(shè)備,缺點(diǎn)：允許操作壓力、操作溫度比較低處理量不大易滲漏,優(yōu)點(diǎn)：板間流動(dòng)湍流程度高，板片厚度薄，傳熱系數(shù)大板間縫隙小、結(jié)構(gòu)緊湊、單位容積提供的傳熱面積大2501000（圓管40150）、金屬材料消耗量低具有可拆卸結(jié)構(gòu)，操作靈活性大、加工容易、檢修清洗方便。,螺旋板式換熱器,板殼式換熱器,與列管式換熱器的區(qū)別：板束管束,板殼式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖,優(yōu)點(diǎn)：傳熱系數(shù)大、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固，能承受很高的溫度和壓力。缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜、焊接要求高。,（2）空氣冷卻器,適用：適用于缺水地區(qū)。缺點(diǎn)：裝置比較龐大、占空間多、動(dòng)力消耗大。,（3）熱管換熱器,一種新型傳熱元件。,優(yōu)點(diǎn)：傳熱能力大、應(yīng)