换热器的选型和设计指南Word文档下载推荐.doc
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管间容易漏泄,不宜处理易挥发、易爆易燃及压力较高的介质
管
内填料函:
密封性能差,只能用于压差较小的场合
式
釜式
壳体上都有个蒸发空间,用于蒸汽与液相分离
套管式
双套管式
结构比较复杂,主要用于高温高压场合,或固定床反应器中
能逆流操作,用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器
螺旋
浸没式
用于管内流体的冷却、冷凝,或者管外流体的加热
盘管式
喷淋式
只用于管内流体的冷却或冷凝
拆洗方便,传热面能调整,主要用于粘性较大的液体间换热
螺旋板
可进行严格的逆流操作,有自洁作用,可回收低温热能
板
伞板式
伞形传热板结构紧凑,拆洗方便,通道较小,易堵,要求流体干净
板壳式
板束类似于管束,可抽出清洗检修,压力不能太高
扩展
板翅式
结构十分紧凑,传热效率高,流体阻力大
表面
管翅式
适用于气体和液体之间传热,传热效率高,用于化工、动力、空调、制冷工业
回旋式
盘式
传热效率高,用于高温烟气冷却等
蓄热
鼓式
用于空气预热器等
固定格
紧凑式
适用于低温到高温的各种条件
室式
非紧凑式
可用于高温及腐蚀性气体场合
3换热器的类型选择
换热器的类型很多,每种型式都有特定的应用范围。
在某一种场合下性能很好的换热器,如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。
因此,针对具体情况正确地选择换热器的类型,是很重要的。
换热器选型时需要考虑的因素是多方面的,主要有:
1)热负荷及流量大小
2)流体的性质
3)温度、压力及允许压降的范围
4)对清洗、维修的要求
5)设备结构、材料、尺寸、重量
6)价格、使用安全性和寿命
在换热器选型中,除考虑上述因素外,还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。
所有这些又常常是相互制约、相互影响的,通过设计的优化加以解决。
针对不同的工艺条件及操作工况,我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管,以实现降低成本的目的。
因此,应综合考虑工艺条件和机械设计的要求,正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。
对工程技术人员而言,在设计换热器时,对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视,必要时,还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比,从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。
3.1管壳式换热器
管壳式换热器的应用范围很广,适应性很强,其允许压力可以从高真空到41.5MPa,温度可以从-100°
C以下到1100°
C高温。
此外,它还具有容量大、结构简单、造价低廉、清洗方便等优点,因此它在换热器中是最主要的型式。
3.2特殊型式的换热器
特殊型式的换热器包括有:
板式换热器、空冷器、多管式换热器、折流杆式换热器、板翅式换热器、螺旋板式换热器、蛇管式换热器和热管换热器等。
它们的使用是受设计温度和设计压力限制的。
在下图中给出了特殊型式的换热器的适用范围,可供参考。
表3-1特殊型式换热器的使用范围
3.3特殊型式的换热管
特殊型式的换热管包括有低翅管、高通量管(UCC)、Thermoexcell-E、C(日立)及槽管等。
3.4常用换热器
下表中概括地描述了常用换热器的型式及应用条件和特点。
表3-4换热器的类型及应用
类型
Types
换热面积
Size
(m2)
温度
Temperature
t(°
C)
压力(最大)
Pressure
(kgf/cm2)
材料
Material
特点和应用
FeaturesandApplication
1.管壳式换热器
(标准型)
S&
T
≤5000
-270≤t≤1650
600
无限制
这种类型的换热器被广泛地用在工艺装置中,安全、可靠。
可以通过采用特殊类型的换热管来提高其传热性能。
折流杆式
rodbaffle
-100≤t≤600
300
通过折流杆支承换热管来消除
振动。
由于壳侧流动是纵向的、和有规律的,因此压力损失较
小,适用于允许压降小的气液
或气体系统。
多管式
multitube
≤50
因流动为纯逆流,故具有较好
的传热推动力,当换热面积相
对比较小并且两流体温度交叉
时,可考虑采用此型式。
另外,若壳侧传热不好,可使用翅片
管来强化传热。
蛇管式
coiledtube
≤2000
-260≤t≤600
200
铜
铝
不锈钢
碳钢
在低温系统中,因不宜采用铝
材板翅式换热器,而经常使用
蛇管式换热器。
纯逆流流动,
传热可在两股以上流体间进行
高弹性的结构可以克服热应力
在高温的气~气换热时,可采
用不锈钢材料。
2.单管式换热器
doubletube
≤10
当传热面积比较小(10m2~20
m2)时,一般选用套管式换热
器。
流动为纯逆流,制造成本
低,维修容易,但是紧凑性较
差。
长号式
Trombone
≤100
-50≤t≤300
也称作冲洗式,水被从管侧上
处喷下,加热或冷却管内流体
经常用在利用海水作介质的液
化石油气加热器中。
结构简单
并易于维修,但是设备占地面
积较大。
coil
0≤t≤300
铜、铝
蛇管式换热管经常被插在罐中
用以加热或冷却罐内的液体。
plate(gasket)
-40≤t≤200
25
钛
等
结构紧凑,易维修。
在液~液
换热设备中传热系数较高,实
际应用范围广泛。
也可于气体
冷却、冷凝或沸腾传热。
螺旋板式
spiral
≤200
-90≤t≤400
20
钛等
主要有逆流和错流两种形式。
当温度存在交叉时,最好选用
逆流形式,而当气体冷却或冷
凝时,由于错流流动压力损失
小,故常采用此形式。
另外,
要慎重选择流体的流路尽量避
免由于两股流体流率不平衡而
造成的设备传热性能的降低。
4.翅片式换热器
空冷器
air_cooled
≤500
(airtemp.:
-60~+50)
500
翅片:
铝、
空冷器和管壳式换热器相比,
安装面积大,对空冷器需作包
括结构价格、耗电等因素在内
的综合费用分析。
通常当物流
出口温度高于环境温度15°
C
~20°
C或更高时,使用空冷器
较为经济。
platefin
≤10000
-260≤t
≤100(铝)
70
板翅式换热器通常用于低温过
程。
其传热性能好、重量轻、
结构紧凑,适应性广,可用于
单相流动、冷凝器和蒸发器中
对高温体系中的气~气换热,
目前正逐渐使用材质为不锈钢
的板翅式换热器。
对铝合金制
造的板翅式换热器,可利用其
低温延展性和抗拉性好的特点,
特别适用低温或超低温场合。
热管
heatpipe
<
2000
-40≤t≤350
10
流动阻力小、体积小、结构紧
凑。
由于热管可在热流体和冷
流体两侧通过增加翅片来扩展
受热面,因而大大提高了气~
气换热器的 传热量,用在气~
气换热器中最为有效。
Size
(m2)
t(°
材料
特点和应用
5.特殊材料的换热器
石墨
carbon
≤700
≤160
7
不渗透
性石墨
结构有:
管壳式换热器、块状
换热器等。
聚四氟乙烯
teflon
≤80
≤150
5
聚四氟
乙烯
管壳式和浸泡式换热器,重量
轻、结构紧凑。
机械性能较差,只适用于低压工况。
玻璃
glass
≤25
≤280
9
耐热玻
璃
玻璃换热器有盘管式、喷淋式
管壳式、套管式等型式。
常用
在空气预热器或节能装置中,
回收露点以下的排放气热量。
6.特殊换热管
低翅管
lowfintube
――
――
铜合金
管子表面的翅片可增大换热面
积2~3倍。
与普通管子有着相
同管外径的低翅管经常用作管
壳式换热器的传热管。
当壳侧
传热系数低于管侧时,使用低
翅管较为理想。
低翅管也同样
可用在冷凝和沸腾传热中。
沸腾用传热强
化管
enhancedtube
forboiling
典型的强化传热管即:
高热通
量管(UCC)、Thermoexcell-E
(日立)等。
在沸腾传热系数低、温差小(10°
C)的蒸发
器中,经常使用强化传热管。
上述管子均可提高传热系数10
~20倍。
冷凝用传热强
for
conde
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