换热器的设计说明书.doc

换热器的设计
换热器概述
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备,在生产中占有重要地位。换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即:间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同,具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器,再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同,换热设备又有各种各样的形式和结构。
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;
按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中,管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点,应用最为广泛。
管型换热器主要有以下几种形式:
(1)固定管板式换热器:当冷热流体温差不大时,可采用固定管板的结构型式,这种换热器的特点是结构简单,制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修,管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时,可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。
(2)浮头式换热器:两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接,称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动,称为浮头端。因此,管束的热膨胀不受壳体的约束,检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温差较大,壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
(3)U形管式换热器换:热效率高,传热面积大。结构较浮头简单,但是管程不易清洗,且每根管流程不同,不均匀。
表1-1 换热器特点一览表
分类
管
壳
式
名称
特性
管式
固定管板式
刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般≤50°C),管间不能清洗
带膨胀节:有一定的温度补偿能力,壳程只能承受较低的压力
浮头式
管内外均能承受高压,壳层易清洗,管壳两物料温差>120℃;内垫片易渗漏
U型管式
制造、安装方便,造价较低,管程耐压高;但结构不紧凑、管子不易更换和不易机械清洗
填料函式
内填料函:密封性能差,只能用于压差较小场合
外填料函:管间容易泄露,不易处理易挥发、易爆易燃及压力较高场合
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
套管式
能逆流操作,用于传热面积较小的冷却器、冷凝器及预热器
板式
板式
拆洗方便,传热面能调整,主要用于粘性加大的液体间换热
螺旋板板
制造简单,紧凑,可用于带颗粒物料,温位利用好;不易检修
伞板式
制造简单、紧凑、成本低、易清洗,,使用温度不大于150℃
板壳式
板数类似管束,可抽出清洗检查,压力不能太高
蓄
热
式
回旋式
盘式
传热效率高,用于高温烟气冷却等
鼓式
用于空气预热器等
固定格室式
紧凑式
适用于低温到高温的各种条件
非紧凑式
适用于高温及腐蚀性气体场合
表
面
扩
展
式
板翅式
紧凑、效率高。可多股物流同时换热,使用温度不大于150℃,主要用于粘性加大的液体间换热
管翅式
高效而紧凑,换热面积大,传热效果好

在过程工业中,由于管壳式换热器具有制造容易,生产成本低,选材范围广,清洗方便,适应性强,处理量大,工作可靠,且能适应高温高压等众多优点,管壳式换热器被使用最多。工业中使用的换热器超过90%都是管壳式换热器,在工业过程热量传递中是应用最为广泛的一种换热器。结合上述优点和本工艺的特点,本工艺的换热器主要选用管壳式换热器。
管壳式换热器的选用
结构参数的确定
⑴管径
管径越小换热器越紧凑、便宜,但压力降会增加。为了满足允许的压降,一般选用19mm的管子;对于物流流量较大的,采用25mm 以上的管子。
⑵管长
无相变传热时,管子长则换热系数增加,对于相同的换热面积,管子长则管程数减小,使得压力降减小,每平方米传热面积比降低。我国生产的标准钢管长度为6m, m,2 m,3 m,6 m和9 m五种。因此,一般管长取4-6m,对大面积,无相变换热器管长可取至8~9m。
⑶管子配布
换热管在管板上的排列方式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。正三角形排列形式最为普遍,由于管距都相等,可以在同样的管板面积上排列最多的管数。但因管外不易清洗,其适用场合受到限制,主要适用于壳程介质污垢少,且不需要进行机械清洗的场合。而采用正方形和转角正方形排列的管束,能够使管间小桥形成一条直线通道,便于管外机械清洗。