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簡要了解各類換熱器

2017-12-19  yaohbsg

換熱器分類:

①按用途-加熱器、冷卻器、冷凝器、再沸器、蒸發器等。

②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:

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間壁式:冷、熱兩流體由固體壁隔開,不直接接觸。

間壁式換熱器的類型:

(1)夾套式換熱器

結構:在容器外壁安裝夾套製成。

優點:結構簡單。

缺點:傳熱面受容器壁面限制,傳熱係數小。

應用範圍:主要用於反應過程的加熱或冷卻。

強化傳熱方法:釜內安裝攪拌器,加螺旋隔板,在釜內安裝蛇管。

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(2)沉浸式蛇管換熱器

結構:將金屬管子繞成各種形狀,沉浸在液體中。

優點:結構簡單,便於防腐,能承受高壓。

缺點:管外流體的湍流程度低,表面傳熱係數較小。管內易除垢。強化傳熱方法:可安裝攪拌器。

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(3)噴淋式換熱器

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結構:將換熱管成排地固定於支架上,熱流體在管內流動,冷卻水由管上方的噴淋。

優點:湍流程度高,傳熱效果好;冷卻水在噴林中氣化,攜帶熱量,降低冷卻水温度;便於檢修和清洗。缺點:噴淋不易均勻,雜質易進入冷卻水。

應用範圍:多用於冷卻管內的熱流體。

(4)套管式換熱器

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結構:將兩種直徑大小不同的直管裝成同心套管,並可用U形肘管把管段串聯起來,每一段直管稱作一程。優點:表面傳熱係數大;逆流流動,平均温差最大;結構簡單;能承受高壓。

缺點:佔地面極大;耗材量大;易泄漏。

應用範圍:流量不大,粘度較大,傳熱面積不多,壓強較高。

(5)管殼式換熱器

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又稱為列管式換熱器,是最典型的間壁式換熱器。

結構:殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。 一種流體在管內流動,其行程稱為管程;另一種流體在管外流動,其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。

優點:單位體積設備所能提供的傳熱面積大,傳熱效果好,結構堅固,可選用的結構材料範圍寬廣,操作彈性大。

多管程:封頭內設置分程隔板。單管程→多管程。

多殼程:相當於單殼程串聯,傳熱面積↑。

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説明:管程數↑,流通截面積↓,管內流速↑,hi↑,強化傳熱。

折流擋板:

作用:提高殼程流體湍動程度(Re>100湍流),ho,強化傳熱。沖刷沉積物,減小污垢熱阻;對殼體起支撐作用。

代價:殼體阻力↑,系統動力消耗↑。

安裝:上下安裝,常用;左右安裝,排液不暢時採用。

常用形式:弓形,圓盤形。

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a)固定管板式換熱器

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優點:結構簡單,成本低;

侷限:管、殼温度不同,產生熱應力,當Δt>50℃時,管彎曲、斷裂或管板變形。

殼程不易機械清洗;

適用:*殼程流體不易結垢或容易化學清洗;

*殼體與傳熱管壁温度之差小於50℃,否則加膨脹節。

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b)浮頭式換熱器

一端可以沿軸向自由浮動:

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特點:消除了温差應力、便於清洗和檢修;結構複雜、成本高。

適用:應用廣泛。

c)U形管式換熱器

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特點:具有温度補償作用;管程不易清洗。

適用:可用於高温高壓,適用於管程為潔淨而不易結垢的流體。

列管式換熱器的設計和選用:

(1)列管式換熱器設計和選用應考慮的問題

(a)選擇流程:哪一個物流走管程,哪一個物流走殼程。

一般經驗原則:

流體有結垢管程
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
表面傳熱係數大的流體殼程

(b)流速的選擇

流速↓,表面傳熱係數↓,污垢熱阻↑,流體阻力↓;

流速↑,表面傳熱係數↑,污垢熱阻↓,流體阻力↑。

管程和殼程都需要選擇適宜的流速:

管程殼程
一般流體0.5~30.2~1.5
易結垢液體>1>0.5
氣體5~303~15

對於液體,一般粘度越大,要求流速越大。

(c)流動方式的選擇

對於同樣的進、出口條件,傳熱量相同,A逆<A並;

管程或殼程↑,表面傳熱係數↑,但同時流動阻力↑,

△tm↓,應權衡確定。

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(d)換熱管規格和排列的選擇

換熱管規格:

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換熱管規格越小;單位體積傳熱面積越大;容易結垢、賭塞,阻力大;製造、檢修不便。

管長選取:有利於清洗和選材。

1.5m、2m、3m、4.5m、6m、9m

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管子在管板上的排列:

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正三角形排列、正方形排列兩種:

正三角形排列優點:結構緊湊;管外湍流程度高,表面傳熱係數大。

正方角形排列優點:易於檢修、清洗。

(e)折流擋板:可大幅度提高管外表面傳熱係數。

考察折流板的參數:形式、缺口大小、折流板間距。

圓缺形折流擋板的缺口大小的選擇:

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圓缺形折流擋板的間距的選擇:

間距太大,表面傳熱係數下降,

間距太小,阻力增大,不便製造、檢修。

擋板間距:一般取殼體內徑的0.2~1.0倍。

我國系列標準:

固定管板:100、150、200、300、450、600、700;

浮頭式:100、150、200、250、300、350、450、600。

(2)流體通過換熱器時阻力的計算:

①管程阻力:

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