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(秦)换热器课件(讲课用)2011.11.10概论
新疆富蕴广汇新能源有限公司 新疆富蕴广汇新能源有限公司 中原石油化工有限责任公司秦玉军 李民 白小斌 说明 课件针对静设备竞赛内容,按照秦专家要求以使用,维护为主,理论方面,有教材后自学。 由于本编写小组经验和基础知识有限,不免会出现错误和疏漏之处,欢迎各位专家批评指正。乙烯,MTO,丁烯车间工况复杂换热器种类多。希望就各自经验互相讨论。 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、 传热过程中基本问题与传热机理 传热过程中的基本问题可以归结为:1、 载热体用量计算2、 传热面积计算3、 换热器的结构设计 4、 提高换热器生产能力的途径。解决这些问题,主要依靠两个基本关系。(1) 热量衡算式 根据能量守恒的概念,若忽略操作过程中的热量损失,则热流体放出的热量等于冷流体取得的热量。即Q热=Q冷, 称为热量衡算式。由这个关系式可以算得载热体的用量。(2) 传热速率式 换热器在单位时间内所能交换的热量称为传热速率,以Q表示,其单位[W]。实践证明,传热速率的数值与热流体和冷流体之间的温度差△tm及传热面积S成正比,即: Q=KS△tm (3-1) S=nπd L (3-2)式 中:Q──传热速率,W;S──传热面积,m2;△tm──温度差,0C;K── 传热系数,它表明了传热设备性能的好坏,受换热器的结构性能、流体流动情况、流体的物牲等因素的影响,W/m2· ℃ ;n ──管数;d ──管径,m;L ──管长,m。 (1)沉浸式蛇管换热器 沉浸式蛇管换热器 沉浸式蛇管式换热器 蛇管沉浸在盛有流体的容器内,一种流体在容器中流动,另一种流体在蛇管内流动,两者通过蛇管壁进行换热 蛇管多以金属管子弯绕而成,或由弯头、管件和直管连接组成,也可制成适合不同设备形状要求的蛇管。使用时沉浸在盛有被加热或被冷却介质的容器中,两种流体分别在管内、外进行换热。 优点:结构简单,造价低廉,操作敏感性较小,管子可承受较大的流体介质压力。但是,由于管外流体的了流速很小,因而传热系数小,传热效率低,需要的传热面积大,设备显得笨重。沉浸式蛇管换热器常用于高压流体的冷却,以及反应器的传热元件。 缺点:管外流体的流速小,传热系数小,传热效率低,需要的传热面积 使用:沉浸在盛有被加热或被冷却介质容器中,两种流体分别在管内、外进行换热。 (2)喷淋蛇管式换热器 喷淋蛇管式换热器 将蛇管成排的固定在钢架上,被冷却的流体在管内流动,冷却水由管排上方的喷淋装置均匀淋下。与沉浸式相比较,喷淋式蛇管换热器主要优点是管外流体的传热系数大,且便于检修和清洗。其缺点是体积庞大,冷却水用量较大,有时喷淋效果不够理想。 优点:与沉浸式相比,该换热器便于检修和清洗。管外流体的传热系数大,且便于检修和清洗。 缺点:是占地较大,水滴溅洒到周围环境,且喷淋不易均匀。冷却水用量较大,有时喷淋效果不够理想。 套管式换热器原理 以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。两种不同直径的
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