化工原理 第六章 换热器.doc

间壁式换热器的类型 如图所示，为一夹套式换热器。这种换热器结构简单，即在反应器(或容和的外部筒体部分焊接或安装一夹套层，在夹套与器壁之间形成密闭的空间，成为一种流体的通道。 夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却。当蒸气进行加热时，蒸气由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管排出。如用冷却水进行冷却时，则由夹套下部接管进入，而由上部接管流出。由于夹套内部清洗比较困难，故一般用不易产生垢层的水蒸气、冷却水等作为载热体。 这种换热器的传热系数较小，传热面又受到容器冷凝液的限制，因此适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流。为了弥补传热面积的不足，还可在容器内加设蛇管等。当夹套内通冷却水时，可在夹套内加设挡板，这样既可使冷却水流向一定，又可使流速增大，以提高对流传热系数。 二、蛇管式换热器 1.沉浸式蛇管换热器 如图所示，为一沉浸式蛇管换热器。蛇管多以金属管弯绕成窗口器的形状，沉浸在容器中的液体内。两种流体分别在管内、外流动进行热交换。 沉浸式蛇管换热器 这种换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。其主要缺点是管外对流传热系数较小，因而传热系数K值也较小如在容器内加设搅拌器，则可提高传热系数。 2.喷淋式蛇管换热器 喷淋式蛇管换热器 如图所示，它是用水作为喷淋冷却剂，以冷却管内的热流体，故常称为水冷器。冷却水从上面的水槽(或分布管)中淋下，沿蛇管表面下流，与管内的热流体进行热交换。这种设备通常放置在室外空气流通处，冷却水在外部汽化时，可带走部分热量，以提高冷却效果。它与沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修、清洗和传热效果较好等优点；其缺点是占地较大，喷淋不易均匀，耗水量大。 三、套管式换热器 如图所示，为一套管式换热器。这种换热器是由两种不同直径的管子装成同心套管，每一段直出口-管称为一程，程数根据换热任务和要求确定。每程的有效长度为4～6m，内管直径在38～89mm范围内选取，外管直径在60～114mm范围内选取，一般均选标准管。 套管换热器的优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要易于增减，恰当地选择内管和外管的直径，可使流体流速增大，且呈浦流状态，故一般具有较高的传热系数，同时也可减少垢层的形成，两种流体可始终保持逆流流动，传热效果较好。其缺点是单位传热面积的金属消耗量大，占地较大。故一般适用于流量不大、所需传热面积较小及高压的场合。 四、列管式换热器 列管式换热器又称管壳式换热器，是目前石油化工生产中应用最广泛的一种换热器。它与其它换热器相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构比较简单，处理能力大，适应性强，操作弹性大，尤其在高温、高压和大型装置中应用更为普遍。 1.列管换热器的结构 列管换热器主要由壳体、管束(换热管)、管板(又称花板)、顶盖(又称封头)和连接管等部件组成。 壳体内装有管束，管束是由许多无缝钢管两端固定在管板上组成的，固定的方法可用胀接法，也可用焊接法。 一种流体通过管内流动，其行程称为管程，另一种流体在壳体与管束间的空隙流动，其行程称为壳程。 流体一次通过管程的称为单管程列管换热器。当换热器的传热面积较大时，管子数目较多，为提高管程的流体流速，常将管子平均分成若干组，使流体在管内依次往返多次通过，称为多管程。 增加管程数虽然可以提高流速使对流传热系数增大，但随着管程数增加，流体流动阻力增大，动力费用增加，结构也变得复杂，故管程数不宜过多，通常多为2、4、6程。 同样，为提高壳程的流体流速，增大壳程侧的对流传热系数。当常在壳程安装折流挡板，以常见的折流挡板有圆缺形(或称弓形)和圆盘形两种，前者应用较为广泛。 ? 圆缺形折流挡板 ? 圆盘形折流挡板 2.列管式换热器的基本型式 列管式换热器操作时，由于冷、热两流体温度不同，使壳体和管束的温度也不同，其膨胀程度就不同。如果两流体的温度相差较大(如50℃以上)时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲和断裂、或管子从管板上松脱，因此就必须从结构上采取适当的温差补偿措施，以消除或减小热应力。根据采取热补偿的措施不同，列管式换热器常有以下三种基本形式。 ?(1)固定管板式换热器 如图所示，为具有补偿圈(或称膨胀节)的固定管板式列管换热器，当壳体与管束间有温差时，依靠补偿圈的弹性变形，来适应壳体与管束间的不同热膨胀。这种补偿结构一般适用于壳体与管束间的温度差低于50℃，壳程压力小于6kgf/cm2的情况。这种换热器具有结构比较简单、造价低廉的优点；但其缺点是因管束不能抽出而使壳程清洗困难，因此要求壳程的流体应是较清洁且不易结垢的物料。 (2)浮头式换热器 如图所示，为一浮头式换热器，两端管板中有一端不与壳体固定相连，该端称为浮头。当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头就可在