1、山东京博石油化工有限公司橡胶分公司材料车间换热器知识培训目 录 1.换热设备的类型及应用 2.管壳式换热器 3.其他类型换热设备简介 4.换热设备的使用与维护5.列管式换热器的选用6.换热器的热量传导简单计算第一节第一节 换热设备的类型及应用换热设备的类型及应用 一、换热设备的定义定义:使传热过程得以实现的设备称之为换热设备。二、换热设备的类型按用途分类 冷却器 冷凝器 加热器 换热器 再沸器 蒸气发生器 废热(或余热)锅炉按换热方式分类 直接接触式换热器 蓄热式换热器 间壁式换热器 三、换热设备性能对比及选择三、换热设备性能对比及选择换热器的基本要求换热器的基本要求 1 1）热量能有效地从一
2、种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多）热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。2 2）换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，）换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。流体阻力小。3)价格便宜，维护容易，使用时间长。价格便宜，维护容易，使用时间长。换热器选型应考虑的因素换热器选型应考虑的因素:流体的性质。流体的性质。换热介质的流量、操作温度、压力。换热介质的流量、操作温度、压力。第二节 管壳式换热器实物图 固定管板式换热器固定管板式换
3、热器固定管板式换热器（换热管、管板、壳体）固定管板式换热器（换热管、管板、壳体）优点：结构紧凑、简单。管子数量多、管内清洗方便。优点：结构紧凑、简单。管子数量多、管内清洗方便。缺点：管外清洗困难（因而壳程宜通过清洁不易结垢的流体）换热管与壳体热膨缺点：管外清洗困难（因而壳程宜通过清洁不易结垢的流体）换热管与壳体热膨胀产生温差应力。温差应力产生原因是圆筒和管束在两端都用管板固定连接起胀产生温差应力。温差应力产生原因是圆筒和管束在两端都用管板固定连接起来，要变形同时变形，管束不能自由浮动，由于温度改变而引起的应力。改变来，要变形同时变形，管束不能自由浮动，由于温度改变而引起的应力。改变的方式是在壳
4、体上设置膨胀节。的方式是在壳体上设置膨胀节。浮头式换热器浮头式换热器浮头式换热器浮头式换热器浮头式重沸器1偏心锥壳；2堰板；3液面计接口浮头式重沸器浮头式换热器浮头式换热器 浮头式换热器（一端管板通过法兰用螺栓固定，另一端可在壳体内自用移动）浮头式换热器（一端管板通过法兰用螺栓固定，另一端可在壳体内自用移动）优点：管子和壳体在热膨胀时可自由伸长，相互不影响，管束可以从一端自由抽优点：管子和壳体在热膨胀时可自由伸长，相互不影响，管束可以从一端自由抽出，便于管外清洗。出，便于管外清洗。缺点：缺点：结构复杂，造价高，浮头处的密封要求较严。密封不严管内外流体相互混结构复杂，造价高，浮头处的密封要求较严
5、。密封不严管内外流体相互混合，流体会从压力高的一边泄露到压力低的一边，且泄露量不大时不易觉察。合，流体会从压力高的一边泄露到压力低的一边，且泄露量不大时不易觉察。U U形管式换热器形管式换热器 U形管式换热器 1中间挡板；2U形换热管；3排气口；4防冲板；5分程隔板U U形管式换热器形管式换热器U U形管式换热器形管式换热器 换热器只有一块管板，换热管被弯成换热器只有一块管板，换热管被弯成U U形，管子两端固定在同一块管板上，因此管子在受热形，管子两端固定在同一块管板上，因此管子在受热时可以自由膨胀，消除了温度应力而且管束可以抽出，因而管外清洗方便。管内清洗困难，时可以自由膨胀，消除了温度应力
6、而且管束可以抽出，因而管外清洗方便。管内清洗困难，管子拆检不便，管子弯曲时需一定的弯曲半径，使得管间距离较大，管板上布管数较少，结管子拆检不便，管子弯曲时需一定的弯曲半径，使得管间距离较大，管板上布管数较少，结构不紧凑，管束中心部分存在空隙，减少了换热面积，而且管外流体容易短路，影响转热效构不紧凑，管束中心部分存在空隙，减少了换热面积，而且管外流体容易短路，影响转热效率。率。填料函式换热器填料函式换热器 填料函式换热器 1纵向隔板；2浮动管板；3活套法兰；4部分剪切环；5填料压盖；6填料；7填料函填料函式换热器填料函式换热器填料函式换热器填料函式换热器结构与浮头式换热器的结构相似只是浮头伸到了
7、壳外且浮头与壳体之间采用了填料函式密封。结构与浮头式换热器的结构相似只是浮头伸到了壳外且浮头与壳体之间采用了填料函式密封。优点：加工制造方便，管束容易抽出进行检修、清洗，可用于管壳温差较大，介质不清洁或腐蚀优点：加工制造方便，管束容易抽出进行检修、清洗，可用于管壳温差较大，介质不清洁或腐蚀严重，需经常清洗或更换管束的场合。严重，需经常清洗或更换管束的场合。缺点：不宜用在直径较大、压力较高的场合。缺点：不宜用在直径较大、压力较高的场合。综述综述综上所述，综上所述，固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管、壳温差比较小的场合。固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管、壳温差比较小的
8、场合。浮头式换热器适用于管、壳温差较大，介质不清洁，需经常清洁的场合。浮头式换热器适用于管、壳温差较大，介质不清洁，需经常清洁的场合。填料函式换热器适用于管、壳温差较大，介质不清洁或腐蚀严重，需经常清洗填料函式换热器适用于管、壳温差较大，介质不清洁或腐蚀严重，需经常清洗 或更换管束的场合，由于或更换管束的场合，由于受到填料密封条件的限制，不宜用在直径较大、壳程压力较高的场合。受到填料密封条件的限制，不宜用在直径较大、壳程压力较高的场合。U U形管换热器适用于管壳温差较大，管内走清洁介质的高温、高压的场合。形管换热器适用于管壳温差较大，管内走清洁介质的高温、高压的场合。二、管壳式换热器的结构管壳
9、式换热器流体的流程 一种流体走管内、称为管程，另一种流体走管外、称为壳程。管内流体从换热管一端流向另一端一次，称为一程；对U形管换热器，管内流体从换热管一端经过U形弯曲段流向另一端一次，称为两程.换热管及其在管板上的排列换热管及其在管板上的排列换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正三角形、正方形和转换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正三角形、正方形和转角正方形等角正方形等。管板和管子的连接管板和管子的连接管板和管子的连接方式有胀接和焊接，对于高温高压下常采用胀、焊并用的方式管板和管子的连接方式有胀接和焊接，对于高温高压下常采用胀、焊并用的方式。胀接胀接胀接适用于换热管为碳钢，管板为碳
10、钢或低合金钢，设计压力不超过胀接适用于换热管为碳钢，管板为碳钢或低合金钢，设计压力不超过4MPa4MPa、设计、设计温度不超过温度不超过350350，且无特殊要求的场合。，且无特殊要求的场合。管板和管子的连接管板和管子的连接焊接焊接 碳钢或低合金钢，温度在碳钢或低合金钢，温度在300300以上，大都采用焊接连接以上，大都采用焊接连接。管箱管箱 管箱管箱 管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。管箱结构形式1隔板；2管板；3箱盖壳体及其与管板的连接壳体及其与管板的连接 在壳程进口接管处常装有防冲板或称缓冲板。在壳程进口接管处常装有防冲板或称缓冲
11、板。进口接管及防冲板的布置壳体及其与管板的连接壳体及其与管板的连接在固定管板式中，两端管板均与壳体采用焊接连接、且管板兼作法兰用，在浮头式、在固定管板式中，两端管板均与壳体采用焊接连接、且管板兼作法兰用，在浮头式、U U形管式及填料函式换形管式及填料函式换热器中采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰和管箱法兰之间。热器中采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰和管箱法兰之间。管板与壳体连接结构折流板折流板折流板的作用折流板的作用 引导壳程流体反复地改变方向作错流流动或其他形式的流动，并可调节折流板间距以获得适引导壳程流体反复地改变方向作错流流动或其他形式的流动，并可调节折流板间距以获得适宜流速，提高传热
12、效率。另外，折流板还可起到支撑管束的作用。宜流速，提高传热效率。另外，折流板还可起到支撑管束的作用。折流板的分类折流板的分类 常用折流板有弓形和圆盘常用折流板有弓形和圆盘-圆环形两种圆环形两种 弓形的有单弓形、双弓形及三弓形，单弓形和双弓形应用最多。弓形的有单弓形、双弓形及三弓形，单弓形和双弓形应用最多。折流板折流板弓形折流板 折流板折流板圆盘-圆环形折流板折流板折流板折流板缺口尺寸 折流板折流板 折流板的固定折流板的固定 折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。拉杆结构 管壳式换热器的标准管壳式换热器的标准管壳式换热器的标准管壳式换热器的标准 GB15
13、11999GB1511999管壳式换热器管壳式换热器 是由国家技术监督局发布的关于管壳式换热器的国家标准。该标准是管壳式换热器设计和是由国家技术监督局发布的关于管壳式换热器的国家标准。该标准是管壳式换热器设计和制造的主要依据。制造的主要依据。标准代号为标准代号为JBJBT4714T4714472047209292 该标准对浮头式换热器和冷凝器、固定管板式换热器、立式热虹吸式重沸器及该标准对浮头式换热器和冷凝器、固定管板式换热器、立式热虹吸式重沸器及U U形管式换形管式换热器的具体结构形式、基本参数及其组合都作了具体的规定热器的具体结构形式、基本参数及其组合都作了具体的规定(定型定型)。换热器的
14、型号换热器的型号前端管箱：前端管箱：:平盖平盖 B:B:封头封头 C C：用于可拆管束与管板制成一体的管箱：用于可拆管束与管板制成一体的管箱 D:D:特殊高压管箱特殊高压管箱 N:N:与管板制成一体的固定管板管箱与管板制成一体的固定管板管箱换热器的型号换热器的型号壳体形式：壳体形式：E:E:单程壳体单程壳体 F:F:具有纵向隔板的双程壳体具有纵向隔板的双程壳体 G:G:分流分流 H:H:双分流双分流 I:U I:U形管式换热器形管式换热器 J:J:无隔板分流（或冷凝器壳体）无隔板分流（或冷凝器壳体）K:K:釜式重沸器釜式重沸器 O:O:外导流外导流换热器的型号换热器的型号后端结构形式：后端结构
15、形式：L:L:与与A A相似的固定管板结构相似的固定管板结构 M:M:与与B B相似的固定管板结构相似的固定管板结构 N:N:与与C C相似的固定管板结构相似的固定管板结构 P:P:填料函式浮头填料函式浮头 U:U U:U形管束形管束 S:S:钩圈式浮头钩圈式浮头 W:W:带套环填料函式浮头带套环填料函式浮头 T:T:可抽式浮头可抽式浮头以以U U型管换热器为例。型号为型管换热器为例。型号为BIU800-3.0/3.0-170-6/25-2I BIU800-3.0/3.0-170-6/25-2I BIUBIU分别表示前端管箱、壳体、后端的结构形式。分别表示前端管箱、壳体、后端的结构形式。800
16、800代表换热器的代表换热器的公称直径为公称直径为800800毫米。毫米。3.0/3.03.0/3.0为管程和壳程的设计压力为为管程和壳程的设计压力为3.0mpa3.0mpa。换热面积为换热面积为170170平方米。公称长度为平方米。公称长度为6 6米。换热管外径米。换热管外径2525米。管束级米。管束级别为别为2 2级。（级。（1 1级为较高级冷拔换热管，级为较高级冷拔换热管，2 2级为普通级冷拔换热管。级为普通级冷拔换热管。）第三节第三节 其他类型换热设备简介其他类型换热设备简介板面式换热器板面式换热器 一、螺旋板式换热器螺旋板式换热器 螺旋板换热器的结构是由两张平行的钢板在专用的卷床上卷
17、制而成，它是具有一对螺旋通道的圆柱体，螺旋板换热器的结构是由两张平行的钢板在专用的卷床上卷制而成，它是具有一对螺旋通道的圆柱体，再加上顶盖和进出口接管而构成的。再加上顶盖和进出口接管而构成的。螺旋板换热器结构形式 型螺旋板换热器 板式换热器板式换热器二、板式换热器二、板式换热器 板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两个相板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两个相邻板片的边缘衬以垫片邻板片的边缘衬以垫片(各种橡胶或压缩石棉等制成各种橡胶或压缩石棉等制成)压紧，板片四角有圆孔，形成流体的通压紧，板片四角有圆孔，形成流体
18、的通道。道。1上导杆；2垫片；3传热板片；4角孔；5前支柱；6固定端板；7下导杆；8活动端板 板式换热器板式换热器 板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两个相邻板片的边缘衬以垫片个相邻板片的边缘衬以垫片(各种橡胶或压缩石棉等制成各种橡胶或压缩石棉等制成)压紧，板片四角有圆孔，形成流体压紧，板片四角有圆孔，形成流体的通道。的通道。传热效率高，结构紧凑，传热效率高，结构紧凑，操作灵活，安装检修方便。操作灵活，安装检修方便。但耐温、耐压性较差，易渗但耐温、耐压性较差，易渗 漏，处理量
19、小。漏，处理量小。板翅式换热器板翅式换热器 板翅式换热器 1，3侧板；2，5隔板；4翅片三、空冷器三、空冷器 空冷器是以空气作为冷却介质，对流经管内的热流体进行冷却或冷凝。主要由管束、风机、空冷器是以空气作为冷却介质，对流经管内的热流体进行冷却或冷凝。主要由管束、风机、构架及百叶窗等部件组成构架及百叶窗等部件组成。优点：优点：综合费用低于水冷综合费用低于水冷 ，空气不易结垢、不腐蚀设备；，空气不易结垢、不腐蚀设备；缺点：占地面积大，冷却效果差；缺点：占地面积大，冷却效果差；应用：应用：初步冷却或高沸点馏分的冷凝场合，适用于缺水地区。由于我们凉水塔负荷不够，因此装置上初步冷却或高沸点馏分的冷凝场
20、合，适用于缺水地区。由于我们凉水塔负荷不够，因此装置上大量采用空冷或者复合空冷。大量采用空冷或者复合空冷。四、间壁式换热器四、间壁式换热器夹套式换热器夹套式换热器结构：在容器（或反应器外部）安装夹套而成，密闭空间成为某种流体的通道结构：在容器（或反应器外部）安装夹套而成，密闭空间成为某种流体的通道 。特点：特点：传热系数不高（可在釜内安装搅拌器、传热系数不高（可在釜内安装搅拌器、蛇管、螺旋隔板）蛇管、螺旋隔板）换热介质为水蒸气、冷却水。换热介质为水蒸气、冷却水。应用：反应过程的加热和冷却应用：反应过程的加热和冷却五、套管式换热器五、套管式换热器结构：将直径不同的直管制成同心套管，并由结构：将直
21、径不同的直管制成同心套管，并由U U形弯头连接，每一段直管称作一形弯头连接，每一段直管称作一程。程。特点：特点：表面传热系数大，表面传热系数大，平均温差最大，结构简单，平均温差最大，结构简单，能承受高压，传热面积能承受高压，传热面积可灵活变化，但易泄漏，金属耗量大。可灵活变化，但易泄漏，金属耗量大。应用应用 ：流量不大、传热面积不多而要求压强较高的场合。流量不大、传热面积不多而要求压强较高的场合。沉浸式换热器沉浸式换热器 结构：以金属管子绕成各种与结构：以金属管子绕成各种与 容器相适应的形状，并沉浸在容容器相适应的形状，并沉浸在容 器内的液体中。器内的液体中。结构简单，管内只结构简单，管内只
22、能流入不易结垢的流体，能流入不易结垢的流体，但容器内但容器内流体湍动程度流体湍动程度 低，管外对流传热系数低，管外对流传热系数 小。小。应用：应用：小型容器内液体的换热。小型容器内液体的换热。第四节第四节 换热设备的使用与维护换热设备的使用与维护一、换热器的日常维护一、换热器的日常维护 日常操作应特别注意防止温度、压力的波动，首先应保证压力稳定，绝不允许超压运行。日常操作应特别注意防止温度、压力的波动，首先应保证压力稳定，绝不允许超压运行。二、换热器的清洗二、换热器的清洗 换热设备经长时间运转后，由于介质的腐蚀、冲蚀、积垢、结焦等原因，使管子内外表面都换热设备经长时间运转后，由于介质的腐蚀、冲
23、蚀、积垢、结焦等原因，使管子内外表面都有不同程度的结垢，甚至堵塞。所以在停工检修时必须进行彻底清洗，常用的清洗有不同程度的结垢，甚至堵塞。所以在停工检修时必须进行彻底清洗，常用的清洗(扫扫)方法有方法有风扫、水洗、汽扫、化学洗清和机械清洗等。风扫、水洗、汽扫、化学洗清和机械清洗等。换热器的清洗换热器的清洗酸洗法酸洗法 酸洗法是用盐酸作为清洗剂酸洗法是用盐酸作为清洗剂 ，酸洗法又分浸泡法和循环法两种。，酸洗法又分浸泡法和循环法两种。换热器酸洗法流程换热器酸洗法流程 换热器的清洗换热器的清洗机械清洗法机械清洗法 对严重的结垢和堵塞，可用钻的方法疏通和清理。对严重的结垢和堵塞，可用钻的方法疏通和清理
24、。管式冲击钻1进水管；2外套管；3填料；4压盖螺母；5填料压盖；6钻杆；7进水口；8钻头换热器的清洗换热器的清洗高压水冲洗法高压水冲洗法 高压水冲洗法多用于结焦严重的管束的清洗，如催化油浆换热器。高压水冲洗法多用于结焦严重的管束的清洗，如催化油浆换热器。海绵球清洗法海绵球清洗法 将较松软并富有弹性的海绵球塞入管内，使海绵球受到压缩而与管内壁接触，然将较松软并富有弹性的海绵球塞入管内，使海绵球受到压缩而与管内壁接触，然后用人工或机械法使海绵球沿管壁移动，不断摩擦管壁，达到消除积垢的目的后用人工或机械法使海绵球沿管壁移动，不断摩擦管壁，达到消除积垢的目的。第五节第五节.列管式换热器的选用列管式换热
25、器的选用列管式换热器流体流道的一般选择：列管式换热器流体流道的一般选择：1 1）不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。）不洁净或易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便。2 2）腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。）腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。3 3）压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。）压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。4 4）饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出。）饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出。5 5）流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。）流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。6 6）需要被冷却物料一般
26、选壳程，便于散热。）需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。7 7）有毒的液体宜走管程。）有毒的液体宜走管程。列管换热器内常用的流速范围列管换热器内常用的流速范围流体流速的选择流体流速的选择 第六节第六节.换热器的热量传导计算换热器的热量传导计算在换热器计算中，首先要确定换热器的热负荷。理想环境为保温良好，热损失忽略不计，对在换热器计算中，首先要确定换热器的热负荷。理想环境为保温良好，热损失忽略不计，对于定常传热过程，根据能量守恒定律，传热过程中热流体的负焓变必然等于冷流体的焓变。于定常传热过程，根据能量守恒定律，传热过程中热流体的负焓变必然等于冷流体的焓变。若换热过程中没有相变若换热过程中没有相
27、变则：则：Q=Whcph(T1-T2)=WccpcQ=Whcph(T1-T2)=Wccpc（t2-t1)t2-t1)WhWh，WcWc热，冷流体的质量流量热，冷流体的质量流量kg/skg/s。CphCph，cpccpc热冷流体的平均质量定压热容热冷流体的平均质量定压热容J/(kgJ/(kg*）T1T1、T2T2热流体的进出口温度。热流体的进出口温度。t2-t1t2-t1冷立体的进出口温度。冷立体的进出口温度。Q=KQ=KA At/Lt/L式中：式中：Q Q传热热量传热热量 KK导热系数导热系数 AA传热面积传热面积 tt传热温差传热温差 LL传热距离传热距离谢谢观看！谢谢观看！为客户生产满意商品为社会培养有益人才
