化工设机械基础 第二章.ppt

化 工 设 备 机 械 基 础 第二章 化工设备结构与管道 2.1 换热器 1）、概述 在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷 却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过程。传热过程的进行 需要一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备就称 之为换热设备。 据统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资 的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热 量的变化密切相关，如反应过程中：有的要放热、有的要吸热、 要维持反应的连续进行，就必须排除多余的热量或补充所需的 热量。工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，以降 低成本。 　　 　　  综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。 2)、衡量换热器的指标 （1）、传热效率要高。 （2）、结构要紧凑。 （3）、要节省材料。 （4）、流体在设备中的阻力要小，即压力降要小。 （5）、要求结构可靠、制造成本低，便于安装、检修、使用周 期长。 由于要全面满足上述要求是非常困难的，因而产生了各种各样 的换热器，以适应各种特定的工艺条件。 3)、换热器的分类 （1）、按传热方式可分为：直接接触式、蓄热式、间壁式。 （2）、按其工艺用途可分为：冷却器（cooler）、冷凝器 （condenser）、加热器（一般不发生相变）（heater）、蒸 发器（发生相变）（evaporator）、再沸器（reboiler） 、 废热锅炉（waste heat boiler） 。 （3）、按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。 2.1.1列管式换热器的基本结构形式 1）、列管式换热器的主要结构： 壳体、管箱、管板、换热管、折流挡板以及其它附件组成。 2）、列管式换热器的工作原理： 高温流体A（红色）由管箱进入换热管，低温流体B （蓝色） 在管外流动，由于两种流体存在温度差，于是通过管壁进行热 量交换。 2.1.2.1 固定管板式换热器 1）、结构特点：两块管板均与壳体相焊接，并加入了热补偿 原件——膨胀节。 2 ）、优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低， 管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。 3）、缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热 应力。 4）、适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。 2.1.2.1浮头式换热器 1）、结构特点：一块管板固定，另一块是浮动的与浮头盖用浮头钩圈法兰相连。 2）、优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力。3）、缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在操作中无法检查。4）、适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合 2.1.2.3 U形管式换热器 1）、结构特点：只有一块管板，换热管呈U形。 3）、缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。4） 、适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。 2.1.2.4 填料函式换热器 1）、结构特点：该换热器的结构与浮头式换热器的结构相似， 只是浮头伸到了壳体外，斧头与壳体之间采取填料函式密封。 2）、优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。 3）、缺点：填料处易泄漏。 4）、适用场合： 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易 爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。 2.1.3 列管式换热器的组成元件及其连接 2.1.3.1 换热管 1）、概述： 换热管是管壳式换热器的传热元件，主要通过管壁的内外 面进行传热，所以换热管的形状、尺寸和材料，对传热有很大 的影响。 小管径且管壁较薄的管子在相同的壳径内可以排列较多的 管子，使换热器单位体积的传热面积增大、结构紧凑，单位传 热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但制造麻烦，且易 结垢，不易清洗。 所以一般对清洁流体用小直径管子，粘性较大的或污染的流体采用大直径管子。我国管壳式换热器常用换热管为：碳钢、低合金钢管有：Φ19×2、 Φ25×2.5、 Φ38×3、 Φ57×3.5 ；不锈钢管有Φ25×2、 Φ38×2.5。 长度规格有1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m，在 炼油厂所用的换热器中最常用的是6m管长。换热管一般都用光 管，为了强化传热，也可用螺纹管、带钉管及翅片管。 2）、换热管在管板上的排列方式: 有正三角形、转角正三角形、正方形和转角正方形等。如图 2—11所示。 2.1.3.2 管子与管板的连接 管子与管板的连接方法有：胀接、焊接、