换热器的相关知识剖析.ppt

换热器的相关内容 任鸿彬 换热器 一、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。另外，生产所得的油品或化工产品，需要将其冷却或冷凝，以便储存和运输。以上这些与热量有关的过程都需要使用换热设备。 　　使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却水的消耗。 　　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。 二、比较换热设备的指标 效率要高。效率高就要求其传热系数大，传热系数是指在单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。 结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大，比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积，即传热面积与换热设备体积之比。 节省材料。要做到此点要求其比重量要小，所谓比重量是指单位传热面积所耗用的金属量，即换热设备总金属用量与传热面积之比。 压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小，节省动力、操作成本降低。 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。 三、换热器的分类 换热设备的分类方法很多，现将几种常见的分类方法介绍如下： 1、按用途分类：分为热交换器、冷凝器、蒸发器、加热器及冷却器等五类。 1）热交换器：两种不同温度的介质进行热量交换，使一种介质降温而另一种介质升温，以满足各自的需要。 2）冷凝器：两种不同温度的介质进行热量交换，其中一种介质由汽态被冷凝成液态。 3）蒸发器：与冷凝器的操作刚好相反，两种介质中的一种介质由液体被蒸发成汽体。 4）加热器：只单纯的完成一种介质的加热升温的操作。 5）冷却器：如果热量不回收利用，完成用冷却剂（如水、空气）来冷却另外一种介质的操作的换热器称为冷却器。如用空气作为冷却剂的换热器称为空气冷却器，简称空冷器。 2、按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。 3、按结构分类：分为管壳式换热器和板式换热器。 1）管壳式换热器：特点是圆形的外壳中装有管束。一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分（称为壳程）。它可分为:浮头式换热器、U型管式换热器、套管式换热器、固定管板式换热器等。 2）板式换热器：它是由压成各种形状的薄板组成传热面的，冷、热两种介质分别在相邻两板之间流动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。 板式换热器的传热效率虽然较高，但由于其强度低，密封性能差，故其应用受到了限制。因此，在石油、化工工业中应用较多的是管壳式换热器，它已被当成传统的换热设备来加以使用。 四、管壳式换热器的总体结构 1、管壳式换热器的总体结构以及特点 1）浮头式换热器 浮头式换热器的一端管板是固定的。与壳体刚性连接，另一端管板是活动的，与壳体之间并不相连。活动管板一侧总称为浮头，浮头式换热器的管束可从壳体中抽出，故管外壁清洗方便，管束可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构复杂、造价高，且浮头处若密封不严会造成两种流体混合。浮头式换热器适用于冷热流体温差较大（一般冷流进口与热流进口温差可达110℃），介质易结垢需要清洗的场合。在炼油厂中使用的各类管壳式换热器中浮头式最多。 2）固定管板式换热器 这类换热器的结构简单，重量轻，造价较低，在相同的壳层情况下，可较其他型式的列管换热器多排一些传热管子。但是壳体与管层之间的流体的温差不能太大，因温差太大时，会产生较大的热应力，使管子与管板结合处松脱而产生泄漏。此外这类换热器因管板是固定的，所以在检修，更换管子或清洗壳层时，都比较困难。此换热器适用于壳程介质不易结垢，或是有结垢但可进行化学清洗的场合；壳壁与管壁因温度差而引起的膨胀量之差不大，或膨胀差虽大但壳程压力不高的情况。 3）U型管式换热器 这种换热器不同于固定管板式和浮头式，只有一块管板，换热管作为U字形、两端都固定在同一块管板上；管板和壳体之间通过螺栓固定在一起。这种换热器结构简单、造价低，管束可在壳体内自由伸