换热器选型导则.docx
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换热器选型导则.docx
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换热器选型导则
目 次
1 总则
2 传热过程名词定义
3 换热器选型
附图 管壳式换热器型式
1 总则
1.1 目的
为指导公司工艺设计人员合理地进行换热器的选型,特制定本导则。
1.2 范围
适用于石油化工装置工艺设计中换热器的选型。
2 传热过程名词定义
2.1无相变过程
在整个传热过程中不发生相变化,只有显热传递。
2.1.1 加热
用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。
2.1.2 冷却
用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。
2.1.3 换热
用工艺流体加热或冷却另外一工艺流体的过程。
2.2 沸腾过程
在传热过程中存在着相的变化—液体加热沸腾后一部分变为汽相。
此时除显热传递外,还有潜热的传递。
2.2.1 池沸过程
用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。
2.2.2 流动沸腾
用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。
2.3冷凝过程
部分或全部流体被冷凝为液相,热流体的显热和潜热被冷流体带走,这一相变过程叫冷凝过程。
2.3.1 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝
用工艺流体、冷却水或空气,全部或部分冷凝另一工艺流体。
2.3.2 有不凝汽的冷凝
用工艺流体、冷却水或空气,部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。
3 换热器选型
3.1 换热器的分类和选择
3.1.1 换热器的分类
换热器的分类
换热器名称
按用途分(3)
预热器
加热器
过热器
蒸发器
再沸器
冷却器
冷凝器
深冷器
冷却冷凝器等
按结构型式分(3)
管壳式换热器
套管式换热器
螺旋板式换热器
板翅式换热器
板式换热器
夹套式换热器
空冷器等
3.1.2 换热器的选择原则
根据工艺条件,采用图3.1.2进行初步的换热器选型。
图3.1.2 换热器型式初选图⑴
注:
本图及其它图中的压力均指绝压。
3.2 无相变管壳式换热器的分类和选择
3.2.1 分类
常用的有以下三类:
1) 固定管板换热器(管侧可以清洗);
2) U型管换热器(壳侧可以清洗);
3) 浮头式换热器(管侧、壳侧均可以清洗)。
3.2.2 管壳式换热器中流体位置的选择
1) 易结垢的流体在管内,便于清洗,如冷凝器的冷却水一般走管内;
2) 流量小的流体在管内,可以采用多管程,以便选择理想流速;
3) 腐蚀性强的流体,尽可能在管内;
4) 压力高的流体在管内;
5) 两流体温差大时,给热系数大的流体在管间,以减小管壁和壳体壁间的温差;
6) 与外界温差大的流体在管内;
7) 饱和蒸汽的冷凝在壳侧,因为冷凝过程对流速和结垢无要求,且便于冷凝液的排放;
8) 粘度大的流体一般在壳侧,因为低Re数时,壳侧的给热系数比管内高;
9) 给热系数低的流体在壳侧,可采用低翅片管强化传热。
3.2.3 选择
表3.2.3 无相变换热器的选型
图3.2.3 无相变换热器的选择
表3.2.3无相变换热器的选型⑵
工艺条件
换热器型式
E型·壳侧*
J型·壳侧
X型·壳侧
窗中无管·壳侧
管侧
压降:
中等压降
低压降
很低压降
很好
差
差
尚可
好
差
尚可
好—尚可
好
尚可
好
很好
好
好
好
结垢:
低—中等结垢
严重结垢
好
差
尚好
差
尚好—差
差
尚好—差
差
很好
很好
注:
① 换热器型式见最后附图:
管壳式换热器型式。
② 表3.2.3中用词从优到劣的排序(表3.3.2、表3.4亦同):
很好→好→尚好→尚可→小心(要用心设计)→危险(由于相对缺少实验数据)→差(即操作性能差)。
图3.2.3无相变换热器的选择⑴
3.3 再沸器的分类、特点和选型
表3.3.1 再沸器的型式及特性
表3.3.2 再沸器的选型
图3.3.1 再沸器的选择
图3.3.2 再沸器的选择
图3.3.3 再沸器的选择
表3.3.1再沸器的型式及特性⑴
类型
优点
缺点
池
沸
釜式
容易维护和清洗
有汽液分离空间
相当于一块理论板(传热面积可以大)
需要较多的管线和空间
易结垢
由于较大的壳体,相对费用较贵
内置式
没有壳体—费用低
需要的管线少和空间小,本身有汽液分离空间
容易维护和清洗
易结垢
因塔径一定,大小有限制
水平热虹吸
不易结垢,(传热面积可以大)
需要较多的管线和空间
只有在高循环量时,相当于一块理论板
流
动
沸
腾
立式热虹吸
配管简单,紧凑
不易结垢
需要高的塔裙
只有在高循环量时,相当于一块理论板
清洗困难,管子有冲蚀
强制循环
适用于高粘度液体和含有少量颗粒的液体
可控制循环量
泵的投资和操作费用较高,
泵处有潜在的泄漏可能
管子有冲蚀
表3.3.2再沸器的选型⑵
工艺条件
再沸器型式
釜式或
内置式
水平热虹吸
(壳侧)
垂直E型壳
(壳侧)
垂直热虹吸
(管内)
强制循环
(管内)
降膜蒸发
(垂直管内)
操作压力:
中等操作压力
接近临界压力
高真空
尚可
很好—尚可
好
好
危险
危险
尚好
危险
危险
好
小心
小心
尚可
尚可
尚可
尚可
危险
很好
设计温差:
中等设计温差
大的设计温差
小的设计温差
很小的设计温差
尚可
很好
好—尚好
尚好—差
好
好—小心
好
尚好
尚好
尚好
尚好
尚好
很好
尚好—小心
小心
差
尚可
尚可
小心
差
尚可
差
好
很好
结垢:
清洁
中等
重
严重
好
小心
差
差
好
好
小心
差
尚好
尚好
小心
差
好
很好
很好
小心
尚可
尚可
好
很好
尚可
好
好
好—小心
混合物沸程:
纯组分(沸程为零)
窄沸程
宽沸程
很宽沸程(粘性流体)
好
好
差
差
好
好
很好
好—小心
尚好
尚好
尚好
尚好
好
很好
好
差
尚可
尚可
尚可
好
好
好
好
好—小心
图3.3.1 再沸器的选择⑴
注:
*—大热负荷时选用。
图3.3.2再沸器的选择⑵
图3.3.3再沸器的选择⑸
3.4 冷凝器的型式、特点和选型
表3.4 冷凝器的型式和特点
图3.4 冷凝器的选择
表3.4冷凝器的型式和特点⑵
工艺条件
冷凝器的型式
水平E型壳
(壳侧)
水平J型壳
(壳侧)
水平X型壳
(壳侧)
立式E型壳
(壳侧)
垂直管内
(向下流)
水平管内
操作压力:
中等
接近临界压力低
高真空
很好
尚可
尚好—差
差
尚可
尚可
很好
尚好—差
尚可
尚可
好—尚可
好—很好
好
尚可
尚好—差
差
好
好
好
好—很好
好
很好
好
尚好
过冷/过热降温:
中等过冷
大的过冷
大的过热降温
宽的冷凝范围
尚好—好
差
很好
很好
尚好—好
差
尚好
好
好
好
差
尚好—好
好
好
好
好
好
很好
尚好
尚好
尚好
差
尚好
尚好
不可凝气体:
中等量
大量
很好
很好
好
好—尚好
尚好—差
差
好
好
好—尚可
尚好
好
好
混合物冷凝范围:
小—中等
宽
冷却介质结垢
冷凝液有锈蚀
冷凝液有结冻
很好
小心
很好
尚可
很好
好
小心
好
尚可
好
尚可
小心
好—尚可
尚可
尚好
好
小心
好
尚可
好
好—尚可
很好
差
很好
差
好—尚可
好
差—尚好
好
差
图3.4冷凝器的选择⑴
3.5 高效换热器的特点及选型
3.5.1 高效换热器是指传热效率比普通换热器更高的传热设备,它的特点是由于强化了传热,导致传热面积减少,热强度提高。
尤其在低温差,低Re数(高粘度,小流量)时,更具优越性。
主要强化途径:
1)改变流体的传热机理或流态,如增加扰动,减薄层流边界层等手段,以达到提高给热系数较低一侧流体的传热,或同时提高两侧流体的给热系数(均较低时);
2)通过扩展表面,增加传热表面积(如翅片管,螺纹管等);
3)采取措施减轻结垢程度。
如弹簧在线清洗,壁面加防垢涂层或加大流体对壁面的冲刷,减少死区,防止污垢沉积。
强化措施可以单独采用,也可以复合在一起。
应视具体问题灵活掌握。
3.5.2 无相变时的强化
1)管外—采用螺旋槽管、螺纹管、翅片管(包括横翅和纵翅)等;
2)管内—加内插物(湍流促进器)、内波纹管和纵翅管等;
3)管内、外同时强化—用缩放管、螺旋扁管及外螺纹内波纹管等;
4)管间支撑物—如折流杆、螺旋形折流挡板等;
5)改变流道的几何形状—如采用板式换热器、板翅式换热器、螺旋板换热器等。
3.5.3 沸腾时的强化
1)高热通量管—沸腾表面采用喷涂多孔表面,特别适用于低温差沸腾传热;
2)T型翅片管—用机加工方法改变沸腾表面状态,以增加汽化核心和传热面积等。
3.5.4 冷凝时的强化
1)改变冷凝表面的物理性质—通过加滴状冷凝促进剂,冷凝表面镀贵金属(金、银等)和涂高分子材料,冷凝液在表面张力的作用下使冷凝过程呈滴状冷凝;
2)低翅片管(或螺纹管等)—达到增加传热面积和改变冷凝液的分布,从而强化冷凝传热。
参考资料
1)HTFSDesignReportNo.18:
SelectionofHeatExchangerEquipment
2)HTRIDesignManualVolume2
3)化工单元操作设计手册第四章换热器设计
4)化工单元操作设计资料第三章传热
5)HydrocarbonProcessing,1992.10
附图:
管壳式换热器型式
前端管箱型式
壳体型式
后端结构型式
A
平盖管箱
E
单程壳体
L
与A相似的固定管板结构
M
与B相似的固定管板结构
F
具有纵向隔板的双程壳体
B
封头管箱
N
与C相似的固定管板结构
G
H
分流
P
填料函式浮头
可抽
管束
C
用于可拆管束与管
板制成一体的管箱
双分流
S
钩圈式浮头
J
J1
J2
无隔板分流(或冷凝器壳体)
N
与管板制成一体
的固定管板管箱
T
可抽式浮头
K
釜式重沸器
U
U型管束
D
特殊高压管箱
X
错流
W
带套环填料函式浮头
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- 关 键 词:
- 换热器 选型