1、11.1 接管外伸长度25 3.11.2 接管位置25结 论27.致 谢28参 考 文 献29.1 绪论 1.1 换热器的用途换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门1。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一2。换热器在节能技术改革中具有的作用表现在两个方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器的效率显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，废热，特别是低品
2、位热能的有效装置，可以显著提高设备的热效率3。1.2 换热器的分类换热器的种类划分方法很多，方法也各不相同。按其用途：可将换热器分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器。按其传热方式和作用原理：可分为混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器等。其中间壁式换热器为工业应用最为广泛的一种换热器。它按传热面形状可分为管式换热器、板面式换热器、扩展表面换热器等。这其中又以管壳式换热器应用最为广泛，它通过换热管的管壁进行传热。具有结构简单牢固、制造简便、使用材料范围广、可靠程度高等优点，是目前应用最为广泛的一种换热器。1.2.1 管壳式换热器的类型 根据管壳式换热器的结构特点，常将其分为固定管板式、浮
3、头式、U型管式、填料函式、滑动管板式、双管式等4。1）固定管板式换热器固定管板式换热器的典型结构如下图1-1所示。管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵塞或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线胀系数相差较大时，壳体与管束将会产生较大的热应力。这种换热器适用于壳测介质清洁且不易结垢、并能进行清洗、管程与壳程两侧温差不大或温差较大但壳测压力不高的场合5。图1-1 固定管板式换热器结构图2）浮头式换热器浮头式换热器的典型结构如下1-2所示。两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称浮头。浮头由浮头管板、钩
4、圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力6。浮头换热器的特点是管间与管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗大，且浮头端小盖在操作中无法检验，制造时对密封要求较高。适用于壳体与管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。图1-2 浮头式换热器结构图3）U形管换热器U形管式换热器的典型结构如下图1-3所示。这种换热器的结构特点是，只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一根管板上管子可自由伸伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力7。 图1-3 U形管换热器结构图由于弯管曲率
5、半径的限制，其换热管排布较少管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利，当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而且坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。U形管结构比较简单、价格便宜、承压能力强、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需清洗、又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。4）填料函式换热器填料函式换热器的典型结构如下图1-4所示。这种换热器的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构
6、，使得管束在壳体轴向可自由伸缩，壳壁与管壁不会产生热变形差，从而避免可热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出你，管内，管间都能清洗，维修方便8。图1-4 填料函式换热器结构图1.2.2 管壳式换热器结构管壳式换热器的主要零部件有壳体、接管、封头、管板、换热管、折流元件等，对于温差较大的固定管板式换热器，还应包括膨胀节。管壳式换热器的结构应该保证冷、热两种流体分走管程和壳程，同时还要承受一定温度和压力的能力9。(1)管板：管板是换热器的重要元件，主要是用来连接换热器，同时将管程和壳程分隔，避免冷热流体相混合。当介质无腐蚀或有轻微腐蚀时，一般
7、采用碳素钢、低合金钢板或其锻件制造。(2)管子与管板的连接：管子与管板的连接必须牢固，不泄漏。既要满足其密封性能，又要有足够的抗拉强度。其连接形式主要有强度胀接、强度焊接、胀焊结合等10。(3)管箱：其作用是把管道中来的流体均匀分布到各换热管中，将换热管内流体汇集在一起送出换热器11。(4)折流板和支承板：壳程内侧装设折流板或支承板，折流板的作用是组壳间流道，使流体以适当的流速冲刷管束，提高传热系数，改善传热效果，以达到一定的传热强度。常用的折流板有弓形和圆环形两种，弓形折流板又分为单弓形、双弓形和三弓形12。(5)拉杆和定距管：折流板的安装一般是用拉杆和定距管组合并与管板固在一起。拉杆与管板
8、连接的一端可用焊接或螺纹连接，另一端也用焊接或螺纹固定。一般拉杆的直径不得小于10mm、数量不得小于4根13。 (6)管板与壳体的连接：其连接型式可分为不可拆式和可拆式。1.3 板式换热器的特点（板式换热器与管壳式换热器的比较）(1)传热系数高 由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的35倍。(2)占地面积小 板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的25倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/
9、51/10。 (3)容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。 (4)重量轻 板式换热器的板片厚度仅为0.40.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.02.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。(5)价格低采用相同材料，14在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%60%。(6)制作方便 板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。(
10、7)不易结垢 由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/31/10。 (8)容易清洗 框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。(9)热损失小 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。(10)对数平均温差大，末端温差小 在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面
11、、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1，而管壳式换热器一般为5。 (11)容量较小 是管壳式换热器的10%20%。 (12)单位长度的压力损失大 由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。(13)工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，有可能泄露 板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250以下，否则有可能泄露。(14)易堵塞 由于板片间通道很窄，一般只有25mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。1.4 板式换热器的传热原理 传热，即热量传递，是自然界中最普遍存在的物理现象，凡是有温度差
12、存在的物系之间，会导致热量从高温处向低温处的传热过程，解决传热问题，都需要从总的传热速率方程出发，即：Q=KAtm 式中：Q冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； K传热系数，W/(m2 0C)； A传热面积，m2； tm 平均传热温差，0C。传热基本方式 根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即传热导、对流和辐射。（1）热传导： 传热导又称导热，是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个与它直接接触的低温物体传热的过程。（2）对流传热： 对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量有一处带到别一处的传热现象。在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触的热量传递。（3）辐
13、射传热： 又称为热辐射，是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传85d1c3543b555e61c0485fcf3c9e1fcL785d206a5602b19f1710b34f453fc8d3堶L785d25e886dbcfefec0480b6eaa21a76吶L785d31058d0f06985da28c0eecf73f54L785d34381aaa28f66f51f9aac712a139蔶L785d35ba453a0ee05c0b60649250cd3e弶L785d39d2909c82a542b16dd78ee034a5L785d3a1c12c0c7e353e167fdf41fbfbdL78
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