第一篇：換熱器設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境下的能源緊缺問題逼迫著人們尋找新能源的開發(fā)，換熱器是一種重要的在不同溫度的 的不同介質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)熱量交換的設(shè)備，在世界能源危機(jī)不斷加劇的情形下，換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)備受關(guān)注，大量的相關(guān)研究也是層出不 窮，都在努力解決能源短缺問題。而本文主要介紹了我國(guó)換熱器的現(xiàn)狀以及存在的問題，還涉及換熱器的基本概念、工作原理、分類、發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：換熱器；設(shè)計(jì)現(xiàn)狀；管式換熱器；板面式換熱器

前言

換熱器又稱熱交換器，是將熱流體的部分熱量傳遞 給冷流體的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。熱換器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng) 用廣泛，在食品、化工、石油、制藥、機(jī)械等領(lǐng)域都有涉 及。換熱器存在的形式既可以是一種單位設(shè)備，如加熱 器、冷卻器等，也可以不是獨(dú)立存在的，比如是某一工藝 設(shè)備的組成部分。熱換器的不斷更新發(fā)展不僅是熱換器行 業(yè)自身的發(fā)展，更是為使用熱換器的各個(gè)工業(yè)行業(yè)的能源 問題的解決提供好的途徑。

一、換熱器的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

對(duì)于各型換熱器的強(qiáng)化換熱技術(shù)的研究，主要集中在對(duì) 換熱器內(nèi)流體流態(tài)變化以及對(duì)各部件的參數(shù)優(yōu)化研究?jī)煞?面，而對(duì)換熱器部件參數(shù)的主要研究對(duì)象就是換熱管(板)排 列方式(順排或叉排)、換熱管(板)排數(shù)、換管(板)間距大 小、肋片布置問距、肋片形狀等。國(guó)內(nèi)對(duì)于換熱器肋片換熱 的研究起步比較晚、經(jīng)驗(yàn)比較少，多借鑒于國(guó)外，無論是理論 研究還是實(shí)驗(yàn)研究都還需進(jìn)一步深入，技術(shù)創(chuàng)新還不夠，但 是對(duì)各因素對(duì)換熱器性能影響的研究也比較全面?？偟膩?說，仍然存在以下問題:(1)換熱器換熱的理論研究不夠完 善，可供對(duì)肋片實(shí)際應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論依據(jù)太少，對(duì)于換 熱公式推導(dǎo)出的解析解較少，目前大多是通過試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分 析擬和而成的經(jīng)驗(yàn)公式;(2)換熱的理論體系缺乏系統(tǒng)性，不夠完善;(3)因?yàn)樵囼?yàn)環(huán)境、材料、儀器的精度以及試驗(yàn)方 法不同，在同一個(gè)研究方向的某些問題的研究結(jié)論存在的分 歧較多，很難形成統(tǒng)一的意見，暫不能形成對(duì)實(shí)踐的可靠指 導(dǎo);(4)目前對(duì)換熱器的研究大多基于一維、二維的換熱，國(guó) 內(nèi)對(duì)于三維的換熱模型的研究過少，同時(shí)，對(duì)于一維和二維 傳熱模型的前提假設(shè)條件很苛刻，得出的結(jié)論適用性不強(qiáng);(5)結(jié)合試驗(yàn)建立的部分換熱理論還缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性和局限性。

一、熱換器的工作原理1.工作原理 換熱器按照傳熱原理可以分為表面式換熱器、蓄熱式 換熱器、流體連接間接式換熱器、直接接觸式換熱器。但 總的來說，換熱器就是遵循了熱平衡的原理，簡(jiǎn)而言之就 是把高溫物體的熱量傳送給低溫物體。在傳熱工程中，其

內(nèi)部有兩個(gè)管道回路，一個(gè)是熱源溫度高，另一個(gè)溫度低 是被加熱源，通過熱源將熱量傳輸給被加熱源來提高被加 熱源的溫度。而且在加熱源之前有個(gè)調(diào)節(jié)閥用來控制被 加熱源的溫度，用調(diào)節(jié)閥來控制所需的熱量的程度和時(shí)間 點(diǎn)等。

二、典型的熱換器類型 1.管式換熱器 管式換熱器主要分為套管式換熱器和管殼式換熱器。套管式換熱器如字面意思，是將直徑不同的管進(jìn)行同心套 接，然后將多個(gè)元件用u型彎管連接而成的。而管殼式換熱 器是由殼體、折流板等部分組成，管束安裝在殼體內(nèi)部，再把一端或者兩端固定在管板上面。而管板與管箱的連接 方式也多種多樣了，可以焊接也可以用螺栓，但是連接處 的檢測(cè)就需要格外嚴(yán)格了，要充分保障連接處無縫隙，質(zhì)量確保。套管式換熱器運(yùn)用范圍主要是用于傳熱面積需 求不大的地方，只能小范圍運(yùn)用，主要是小空間的建筑室 內(nèi)。因?yàn)樗恼嫉孛娣e較大，管與管連接所用的接頭過 多，發(fā)生泄漏的可能性也隨之增大，如果工程量過大就會(huì) 使得發(fā)生泄漏的可能性也隨之增大，后期的危險(xiǎn)性大，承 擔(dān)過大風(fēng)險(xiǎn)造成不必要的費(fèi)用。所用材料多，物質(zhì)流動(dòng)的 阻力也增大，加熱的效率降低，而且能覆蓋的面積也減少 了。但是它的優(yōu)點(diǎn)是組合方式簡(jiǎn)單易懂，損壞后無需專人 也能大概看懂問題所在，所需的專業(yè)知識(shí)少。維修清洗便 捷，適合高溫、高壓的流體物質(zhì)使用。管殼式換熱器依靠 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、安全性能高、承受高溫高壓能力強(qiáng)等優(yōu)良性 能，所以在目前的大多數(shù)工業(yè)工程中使用比例大。管殼式 換熱器按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的種類。根據(jù)其 結(jié)構(gòu)不同可以分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U 型管式換熱器等等。

2.板面式換熱器 板面式換熱器顧名思義就是通過板面進(jìn)行換熱的換熱 器。板面一般不是平滑的表面，是有凹凸不平的紋路，流 體通過板面時(shí)造成擾動(dòng)提高熱效率。板面式換熱器的優(yōu)點(diǎn) 是占地面積較小，能省下更大的空間，也會(huì)對(duì)室內(nèi)的美觀 減少影響。相比于管殼式換熱器，板面式質(zhì)量更輕，所用 的材料更少，而且凹凸不平的版面使得傳熱效率更高。由 于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得流體能在較低的速度下就到達(dá)端流狀 態(tài)，加強(qiáng)了傳熱，節(jié)省了不少時(shí)間，提高效率。但是板式 換熱器流道狹窄，處理量小，流動(dòng)阻力大，承受高壓高溫 效果也較差的缺點(diǎn)。板面式換熱器形式多種多樣，可分為 板式換熱器、板殼式換熱器、螺旋板式換熱器傘板式換熱 器等等。螺旋式換熱器由于其螺旋狀的外形，能促使流體 隨螺旋狀自動(dòng)流動(dòng)，易于沖刷，不易結(jié)垢。

三、換熱器未來發(fā)展趨勢(shì)

未來工業(yè)生產(chǎn)上對(duì)換熱器的要求是：傳熱效率高、流 體阻力??；強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性都要足夠；結(jié)構(gòu)合理，節(jié) 省材料，成本較低；制造、裝拆、檢修方便等。產(chǎn)品高效 化、節(jié)能化、大型化都將是換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。國(guó)家 要大力建設(shè)節(jié)約型環(huán)保社會(huì)，這一方面將促進(jìn)換熱器產(chǎn)業(yè) 的高速發(fā)展，國(guó)家提供足夠的支持力度，刺激換熱器行業(yè) 的積極性。另一方面也將引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)向高效、環(huán)保、節(jié)能方 面發(fā)展。2013年，國(guó)務(wù)院頒布了《能源發(fā)展的“十二五” 規(guī)劃》，規(guī)劃中的條例表明了基于石油、化工等行業(yè)的需 求將穩(wěn)定增長(zhǎng)。市場(chǎng)的廣闊需求和國(guó)家的大力支持都推動(dòng) 著換熱器產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上的革新和在品種上的多樣化趨勢(shì)。國(guó)家的資金和政策支持引領(lǐng)更多的人才投入和精力投入，必然推動(dòng)換熱器行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

四、總結(jié) 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程加快，能源短缺問題成為 世界性難題，新能源的開發(fā)、節(jié)能環(huán)保都成為世界共同關(guān) 注的話題。近年來，國(guó)內(nèi)換熱器行業(yè)在節(jié)能增效、提高傳 熱效率、降低降壓方面都取得了顯著的成績(jī)。但是在技術(shù) 上，與國(guó)外的換熱器相比依然有很多難題需要去克服。我 國(guó)在換熱、散熱、冷卻設(shè)備上都是強(qiáng)大的重要的市場(chǎng)，市 場(chǎng)需求量大?；趪?guó)家政策的支持和市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求 量，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)具有一個(gè)很好的前景，是蓬勃發(fā)展的 朝陽企業(yè)。

參考文獻(xiàn) [1]祝銀海,厲彥忠.板翅式換熱器翅片通道中流體流動(dòng)與傳熱的算流 體力學(xué)模擬[J].化工學(xué)報(bào),2006,57(5):1102-1106.[2]陳永東，陳學(xué)東.LNG成套裝置換熱器關(guān)鍵技術(shù)分析[J].天然氣工 業(yè)，2010，30(1)：96-100.[3]陳永東，周兵，程沛.LNG工廠換熱技術(shù)的研究進(jìn)展[J].天然氣工 業(yè)，2012，32(10)：80-85.

第二篇：運(yùn)用aspen及其套件設(shè)計(jì)換熱器

運(yùn)用aspen及其套件EDR設(shè)計(jì)換熱器

青海大學(xué)化工學(xué)院 張鵬宇

目錄 1.生產(chǎn)要求設(shè)定

2.啟動(dòng)aspen設(shè)置前奏

2.1確定合適的modle library 模塊

2.2建立流程圖

2.3輸入工程標(biāo)題

2.4輸入組分

2.5選擇物性方法

2.6輸入物流參數(shù)

3.進(jìn)行換熱器選型

3.1采用shortcut簡(jiǎn)捷計(jì)算

3.2填寫估計(jì)的總傳熱系數(shù)

3.3模擬計(jì)算，列出簡(jiǎn)捷計(jì)算結(jié)果

3.4按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選型 4.選擇Detailed詳細(xì)核算

4.1設(shè)置冷熱流體走程

4.2使用Design Specification調(diào)整冷卻水流率

4.3設(shè)置殼程管程壓降計(jì)算方式

4.4設(shè)置總傳熱系數(shù)計(jì)算方式

4.5填寫冷熱流體側(cè)污垢系數(shù)

4.6填寫殼程管程數(shù)據(jù)

4.7填寫折流板及管嘴數(shù)據(jù)

4.8運(yùn)行計(jì)算，列出換熱器詳細(xì)計(jì)算結(jié)果

4.8.1 exchanger details換熱器詳細(xì)數(shù)據(jù)

4.8.2 pres drop 各程壓力降及壓力降分析

4.8.3 流速探討及分析 5.用EDR 軟件核算，出圖

5.1 數(shù)據(jù)傳遞

5.2 EDR數(shù)據(jù)檢查,核對(duì)補(bǔ)充

5.3運(yùn)行計(jì)算，列出換熱器詳細(xì)計(jì)算結(jié)果

5.3.1 EDR換熱器詳細(xì)數(shù)據(jù)

5.3.2 pres drop 各程壓力降及壓力降分析

5.3.3 流速探討及分析

5.4列出換熱器裝配圖

5.5列出換熱器布管圖和設(shè)備數(shù)據(jù)

5.6打印出圖

6.對(duì)比Aspen換熱器詳細(xì)計(jì)算，說明EDR其優(yōu)缺點(diǎn)。

1.生產(chǎn)要求設(shè)定

某生產(chǎn)過程中，需處理每年114000噸/年苯，現(xiàn)將苯從80度冷卻至40度，冷卻介質(zhì)采用循環(huán)水。循環(huán)水入口溫度32.5度，出口溫度取37.5度。要求換熱器裕度為10%~25%，換熱器內(nèi)流體流動(dòng)阻力小于50Kpa.2.啟動(dòng)ASPEN設(shè)置前奏

2.1選擇合適的modle library 模塊

啟動(dòng)ASPEN,新打開一個(gè)空白的blank文件，該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。在heat Exchangers 下選擇heatX下的GEN-HS模塊。

2.2建立流程圖

連接物流線，建立如圖所示的流程圖，至此flowsheet已經(jīng)完整。

2.3輸入工程標(biāo)題

單擊下一步N，填寫標(biāo)題，這個(gè)可以隨意。

2.4輸入組分

繼續(xù)單擊下一步，在component ID 中填寫H20按回車，再填C6H6回車，物質(zhì)直接出現(xiàn)，不用查找。

2.5選擇物性方法

繼續(xù)單擊下一步，選擇物性方法。根據(jù)一些其他文獻(xiàn)的選擇方法，我們?cè)趐roperty method一欄下拉選擇CHAO-SEA.物性方法。

2.6輸入物流參數(shù)

由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使水走管程，苯走殼程。所以1與2走的水，3與4走的苯。那么在接下來的stream 1中填寫溫度32.5度，設(shè)置壓力為1.2個(gè)大氣壓。在composition下拉選擇MASS-FLOW,單位選擇KG/h。暫時(shí)設(shè)置循環(huán)水的初始流量為5000KG/h.過后將運(yùn)用Design Specification 調(diào)整水的流量。將stream 2填寫37.5度，壓力1.2atm.其他不設(shè)置。將stream 3填寫溫度80度，壓力也為1.2atm,填寫苯的流量16000kg/h(根據(jù)處理114000噸苯每年而約得)。stream 4不作設(shè)置。

3.進(jìn)行換熱器選型

3.1采用shortcut簡(jiǎn)捷計(jì)算

下一步，在blocks-B1-specification-calculation下面選擇shortcut表示采用簡(jiǎn)捷計(jì)算以便進(jìn)行換熱器的選型。在pressure drop下面設(shè)置冷熱流體的outlet pressure壓力降為0.3.2填寫估計(jì)的總傳熱系數(shù)

在UMethods 下面填寫估計(jì)的換熱器總傳熱系數(shù)為300 W/(M2*K).至此簡(jiǎn)捷計(jì)算數(shù)據(jù)已經(jīng)輸入完成。

3.3模擬計(jì)算，列出簡(jiǎn)捷計(jì)算結(jié)果

單擊下一步，按確定，在數(shù)據(jù)瀏覽器里的blocks-b1下的exchanger details 可以看到該換熱器的熱負(fù)荷為319KW.需要的換熱面積為52.8M2.與紙質(zhì)版換熱器設(shè)計(jì)中的325KW，51.3M2.相差不大?？梢岳^續(xù)采用詳細(xì)核算。

3.4按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選型

按照換熱器面積及規(guī)定6M的管長(zhǎng)，查《化工工藝手冊(cè)》從JB/T4715-1992<固定管板式換熱器>中選標(biāo)準(zhǔn)系列換熱器BEM450-1.6-62.5-6/25--1,單管程，單殼程，殼徑450mm,換熱面積62.5m2,換熱管Φ25mm×2.5mm,管長(zhǎng)6M，管數(shù)135根。三角形排列，管心距32 mm。

4.選擇Detailed詳細(xì)核算 4.1設(shè)置冷熱流體走程

現(xiàn)在選擇Detailed 表示type 選擇rating 表示詳細(xì)核算。Hot fluid 選擇shell。在exchanger specification 下面選擇Hot stream outlet temperature.Value 填寫40度。表示要規(guī)定苯的出口溫度為40度。

4.2使用Design Specification調(diào)整冷卻水流率

在此欄新建一個(gè)DS-1.在DS-1下的define新建一個(gè)S。點(diǎn)擊edit,開始編輯。在type下選擇stream-var，選擇2，表示要設(shè)計(jì)調(diào)整水出口（2）的輸出流量。然后選擇variable為temp表示溫度是可以操作的變量。

在spec下面按如圖填寫，target 填寫37.5度表示要使水的出口溫度為37.5度。

在vary欄下填type為 stream-var，stream選擇1，variable填 mass-flow.這些表示要調(diào)整1的水流量數(shù)據(jù)使2出口溫度達(dá)到我所想要的37.5度。然后在lower上填寫40000，uper上填寫60000.表示水的調(diào)整區(qū)間。

運(yùn)行后可以得到水的流量為55164Kg/h。

4.3設(shè)置殼程管程壓降計(jì)算方式

殼程和管程都選擇calculated from geometry,表示根據(jù)換熱器幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算殼程和管程的壓降。LMTD不用選擇，是它默認(rèn)值constant就好了。

4.4設(shè)置總傳熱系數(shù)計(jì)算方式

在U METHOD選擇film coefficients,表示根據(jù)傳熱面兩側(cè)的膜系數(shù)計(jì)算總傳熱系數(shù)。

4.5填寫冷熱流體側(cè)污垢系數(shù)

在film coefficients 頁面殼程和管程都選擇 calculated from geometry，表示根據(jù)換熱器傳熱面兩側(cè)的幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算膜系數(shù)。查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》熱流體側(cè)的污垢系數(shù)取0.000176M2*K/W,冷流體側(cè)的污垢系數(shù)取0.00026M2*K/W.4.6填寫殼程管程數(shù)據(jù)

在blocks-B1-geometry 欄下的shell下的TEMA shell type選擇E-One pass shell 表示單殼程。填寫包括管程數(shù)1，換熱器水平安置，殼徑450mm.在tubes一欄下選擇管子類型光滑管，填寫管程數(shù)據(jù)，包括管子根數(shù)135根，管長(zhǎng)6000mm，管心距32mm,管外徑0.025meter.管內(nèi)徑0.00225meter。

4.7填寫折流板管嘴數(shù)據(jù)

包括19塊折流板，切率25%。

管嘴設(shè)置如下。

4.8運(yùn)行計(jì)算，列出換熱器詳細(xì)計(jì)算結(jié)果

4.8.1 exchanger details換熱器詳細(xì)數(shù)據(jù)

如上圖，熱負(fù)荷319KW，需要換熱面積為56.9平米，實(shí)際換熱面積為63.6平米，富余6.7平米。面積裕度11%，完美滿足要求。

4.8.2 pres drop 各程壓力降及壓力降分析

如圖，殼程管程壓力降都小于1KPA。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于50KPA,滿足 要求。即殼程和管程的流動(dòng)阻力都非常滿足要求。

4.8.3 流速探討及分析

由上圖可以看出，管程殼程流速非常平緩，這既能滿足水和苯的流量要求，還能避免因流速過快而對(duì)換熱器產(chǎn)生更多損耗。殼程最大流速0.08m/s,管程最大流速0.28m/s,均偏小，因?yàn)檐浖?jì)算結(jié)果未報(bào)警，所選換熱器可用。

5.用EDR 軟件核算，出圖 5.1 數(shù)據(jù)傳遞

在blocks--B1--specification中選擇shell and tube 表示用EDR軟件詳細(xì)核算。用EDR軟件新建一個(gè)”shell and tube”空白的冷凝器設(shè)計(jì)文件后關(guān)閉。在B1下的EDR option中把EDR空白文件導(dǎo)入。然后單擊“transfer geometry to shell and tube”按鈕，把ASPEN plus對(duì)冷凝器詳細(xì)核算結(jié)果傳入EDR軟件。

5.2 EDR數(shù)據(jù)檢查,核對(duì)補(bǔ)充

在下面的幾個(gè)圖中，按照?qǐng)D中的數(shù)據(jù)，填寫完整。

熱流組成頁面

熱流物性方法選擇

冷流組成頁面

冷流物性方法選擇

5.3運(yùn)行計(jì)算，列出換熱器詳細(xì)計(jì)算結(jié)果

5.3.1 EDR換熱器詳細(xì)數(shù)據(jù)

在rezult-overall summary 可看到全方位的換熱器詳細(xì)數(shù)據(jù)

5.3.2 pres drop 各程壓力降及壓力降分析

由以上詳細(xì)核算圖可知，各程壓力降總和50KPA，符合設(shè)計(jì)要求，比課本求壓力降方法要迅速，便捷得多。

5.3.3 流速探討及分析

殼程速率為0.19m/s,管程速率為0.34m/s。均比較小。這是由于換熱器形態(tài)以及送料大小和進(jìn)出口規(guī)定溫度的緣故。

5.5列出換熱器裝配圖

5.6列出換熱器布管圖和設(shè)備數(shù)據(jù)

5.7打印出圖 6.對(duì)比Aspen換熱器詳細(xì)計(jì)算，說明EDR其優(yōu)缺點(diǎn)。在進(jìn)行換熱器詳細(xì)核算的時(shí)候，EDR確實(shí)比Aspen的計(jì)算要精確，而且EDR能計(jì)算Aspen 不能計(jì)算的數(shù)據(jù)。EDR軟件是換熱器的專業(yè)精細(xì)設(shè)計(jì)核算軟件，能夠完整地從設(shè)計(jì)直到出圖。用Aspen進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì)只夠參看一些換熱器基本數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行出圖。但EDR由于其功能更全，包絡(luò)面更廣，其也產(chǎn)生一些問題，用Aspen 傳遞數(shù)據(jù)時(shí)需要補(bǔ)充數(shù)據(jù)，有些不需要處理的部分也加進(jìn)來了，所以會(huì)顯得不夠簡(jiǎn)潔明了。

第三篇：換熱器基本知識(shí)

一、換熱器的結(jié)構(gòu)型式有哪些？

換熱器是很多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種常見設(shè)備，通過這種設(shè)備進(jìn)行熱量的傳遞，以滿足生產(chǎn)工藝的需要?？砂从猛?、換熱方式、結(jié)構(gòu)型式三種不同的方法進(jìn)行分類。按結(jié)構(gòu)型式分類如下：

換熱器分為管式換熱器、板式換熱器、新型材料換熱器和其他型式的換熱器。

管式換熱器又分為：套管式換熱器、管殼式換熱器、沉浸式換熱器、噴淋式換熱器和翅片管式換熱器。

板式換熱器又分為：夾套式換熱器、平板式換熱器、傘板式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器和板殼式換熱器。

新型材料換熱器分為：石墨換熱器、聚四氟乙烯換熱器、玻璃換熱器和鈦材及其他稀有金屬材料換熱器。

其他形式的換熱器包括回轉(zhuǎn)式換熱器和熱管。

二、換熱器管為什么會(huì)結(jié)垢？如何除垢？

因?yàn)閾Q熱器大多是以水為載熱體的換熱系統(tǒng)，由于某些鹽類在溫度升高時(shí)從水中結(jié)晶析出，附著于換熱管表面，形成水垢。在冷卻水中加入聚磷酸鹽類緩沖劑，當(dāng)水的PH值較高時(shí)，也可導(dǎo)致水垢析出。初期形成的水垢比較松軟，但隨著垢層的生成，傳熱條件惡化，水垢中的結(jié)晶水逐漸失去，垢層即變硬，并牢固地附著于換熱管表面上。

此外，如同水垢一樣，當(dāng)換熱器的工作條件適合溶液析出晶體時(shí)，換熱管表面上即可積附由物料結(jié)晶形成的垢層；當(dāng)流體所含的機(jī)械雜質(zhì)有機(jī)物較多、而流體的流速又較小時(shí)，部分機(jī)械雜質(zhì)或有機(jī)物也會(huì)在換熱器內(nèi)沉積，形成疏松、多孔或膠狀污垢。

換熱器管束除垢的方法主要有下列三種。

一、手工或機(jī)械方法

當(dāng)管束有輕微堵塞和積垢時(shí)，借助于鏟削、鋼絲刷等手工或機(jī)械方法來進(jìn)行清理，并用壓縮空氣，高壓水和蒸汽等配合吹洗。當(dāng)管子結(jié)垢比較嚴(yán)重或全部堵死時(shí)，可用管式?jīng)_水鉆（又稱為捅管機(jī)）進(jìn)行清理。

二、沖洗法

沖洗法有兩種。第一種是逆流沖洗，一般是在運(yùn)動(dòng)過程中，或短時(shí)間停車時(shí)采用，可以不拆開裝置，但在設(shè)備上要預(yù)先設(shè)置逆流副線，當(dāng)結(jié)垢情況并不嚴(yán)重時(shí)采用此法較為有效。

第二種方法是高壓水槍沖洗法。對(duì)不同的換熱器采用不同的旋轉(zhuǎn)水槍頭，可以是剛性的，也可以是繞性的，壓力從10MPa至200ＭＰa自由調(diào)節(jié)。利用高壓水除污垢，無論對(duì)管間、管內(nèi)及殼體均適用。高壓水槍沖洗換熱器效果較好。應(yīng)用廣泛。

三、化學(xué)除垢

換熱器管程結(jié)垢，主要是因?yàn)樗|(zhì)不好形成水垢及油垢的結(jié)焦沉淀和粘附兩種形式，用化學(xué)法除垢，首先應(yīng)對(duì)結(jié)垢物質(zhì)化驗(yàn)分析，搞清結(jié)垢物性質(zhì)，就可以決定采用哪種溶劑清洗。一般對(duì)硫酸鹽和硅酸鹽水垢采用堿洗（純堿、燒堿、磷酸三鈉等），碳酸鹽水垢則用酸洗（鹽酸、硝酸、磷酸、氟氫酸等）。對(duì)油垢結(jié)焦可用氫氧化鈉、碳酸鈉、洗衣粉、液體洗滌劑、硅酸鈉和水按一定的配比配成清洗液進(jìn)行清洗。采用化學(xué)清洗的辦法，現(xiàn)場(chǎng)需要重新配管，比較花費(fèi)時(shí)間。

三、管殼式換熱器管子與管板的連接方法有哪幾種？如何選擇？

根據(jù)換熱器使用條件、加工條件的不同，基本可分為脹接、焊接、脹焊并用三大類。

其中脹接又可分為：機(jī)械脹管、液壓脹管、液袋脹管、橡膠脹管、爆炸脹管、脈沖脹管、粘脹等。

焊接分為：普通焊接、內(nèi)孔焊接、高頻焊接、摩擦焊接、釬焊和爆炸焊接。

脹焊并用分為：強(qiáng)度焊+貼脹、強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹、強(qiáng)度脹+密封焊、強(qiáng)度脹+貼脹+密封焊、強(qiáng)度焊+強(qiáng)度脹+貼脹。

換熱器進(jìn)行水壓試驗(yàn)和氣密試驗(yàn)的基本原則如下：

（1）液壓試驗(yàn)時(shí)，圓筒的薄膜應(yīng)力不得超過試驗(yàn)溫度下材料屈服點(diǎn)的90%；在氣壓試驗(yàn)時(shí)，此應(yīng)力不得超過試驗(yàn)溫度下材料屈服點(diǎn)的80%；

（2）制造完工的換熱器應(yīng)按GB150“鋼制焊接壓力容器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”的規(guī)定進(jìn)行壓力試驗(yàn)；

（3）換熱器需經(jīng)水壓試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行氣密性試驗(yàn)；

（4）壓力試驗(yàn)必須用兩個(gè)量程相同的并經(jīng)過校正的壓力表。壓力表的量程在試驗(yàn)的2倍左右為宜，但不應(yīng)低于1.5倍和高于4倍的試驗(yàn)壓力；

（5）換熱器的開孔補(bǔ)強(qiáng)圈應(yīng)在壓力試驗(yàn)以前通入0.4~0.5Mpa的壓縮空氣檢查焊縫質(zhì)量；

（6）水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)的試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)方法要嚴(yán)格按照容器壓力試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行；

（7）換熱壓力容器液壓試驗(yàn)程序應(yīng)按GB151規(guī)定進(jìn)行；

（8）水壓試驗(yàn)和空密性試驗(yàn)在確認(rèn)無泄漏后，應(yīng)保壓30min。

四、換熱器泄漏后如何進(jìn)行試漏檢查？怎樣進(jìn)行堵管？

一、試漏檢查

為了查明管子的泄漏情況，首先要作水壓試驗(yàn)，一般均采用在管子外側(cè)加壓力的外壓試驗(yàn)。其方法是：把水通入殼體，保持一定時(shí)間，用目測(cè)檢查兩端管板處管子的泄漏情況，對(duì)漏管做出記錄。

二、堵管

管子本身的泄漏一般情況下是無法修復(fù)的，假如泄漏管子的數(shù)量不多時(shí)，可以用圓錐形的金屬堵頭將管口兩端堵塞，如管程壓力較高時(shí)，堵緊后再焊住更可靠。堵頭的長(zhǎng)度一般為管內(nèi)徑的2倍，小端直徑應(yīng)等于0.85倍的內(nèi)徑，錐度為1:10，堵頭材料的硬度應(yīng)低于或等于管子的硬度。用堵管來消除泄漏時(shí)堵管數(shù)不得超過10%。

五、換熱器腐蝕的主要部位是哪些？為什么會(huì)發(fā)生腐蝕？

換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。腐蝕原因如下：

一、換熱管腐蝕

由于介質(zhì)中污垢、水垢以及入口介質(zhì)的渦流磨損易使管子產(chǎn)生腐蝕，特別是在管子入口端的40~50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產(chǎn)生渦流擾動(dòng)有關(guān)。

二、管子與管板、折流板連接處的腐蝕

換熱管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應(yīng)力集中，容易在脹管部位出現(xiàn)裂紋，當(dāng)管與管板存在間隙時(shí)，易產(chǎn)生Cl+的聚積及氧的濃差，從而容易在換熱管表面形成點(diǎn)坑或間隙腐蝕使它成為SCC的裂源。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長(zhǎng)，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應(yīng)力腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。

三、殼體腐蝕

由于殼體及附件的焊縫質(zhì)量不好也易發(fā)生腐蝕，當(dāng)殼體介質(zhì)為電解質(zhì)，殼體材料為碳鋼，管束用折流板為銅合金時(shí)，易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，把殼體腐蝕穿孔。

管殼式換熱器的檢修內(nèi)容是：

一、小修內(nèi)容

1）拆卸換熱器兩端封頭或管箱；

2）清洗、清掃管子內(nèi)表面和殼體異物。并檢查換熱器兩端蓋、管箱的腐蝕、銹蝕、裂紋、砂眼等缺陷；

3）對(duì)管束和殼體進(jìn)行試壓和試漏；

4）檢查螺栓及保溫、防腐；

5）進(jìn)行局部測(cè)厚。

二、中修內(nèi)容

1）包括小修內(nèi)容；

2）抽出管束清理、清掃、清洗，并檢查換熱管的變形和彎曲情況；

3）檢查隔板和折流板及拉桿螺栓的腐蝕情況；

4）檢查換熱器各密封面情況，表面不應(yīng)有劃痕、凹坑和點(diǎn)蝕。

三、大修內(nèi)容

1）包括中、小修內(nèi)容；

2）全面檢查換熱器的運(yùn)行情況，并對(duì)管板與管子焊接處進(jìn)行著色檢驗(yàn)。管殼式換熱器日常維護(hù)的內(nèi)容

管殼式換熱器日常維護(hù)和監(jiān)測(cè)應(yīng)觀察和調(diào)整好以下循環(huán)水的工藝指標(biāo)。

一、溫度

溫度是換熱器運(yùn)行中的主要控制指標(biāo)，從換熱器進(jìn)出口流體溫度變化的情況可分析換熱器的換熱效果，判斷換熱器傳熱效率的高低，主要在傳熱系數(shù)上，傳熱系數(shù)低其效率也低，由進(jìn)出口的溫度可決定對(duì)換熱器進(jìn)行檢查和清洗。

二、壓力

換熱器列管若干結(jié)垢嚴(yán)重，則阻力增大，所以日常要對(duì)換熱器的進(jìn)出口壓差進(jìn)行測(cè)定和檢驗(yàn)，特別對(duì)高壓流體的換熱器更要特別重視，如果列管泄露，高壓流體一定向低壓側(cè)泄漏，造成低壓側(cè)壓力上升較快，甚至超壓。所以必須解體檢修或堵管。

三、振動(dòng)

換熱器內(nèi)部的流體流速一般較高，由于流體的脈沖和流動(dòng)都會(huì)造成換熱管的振動(dòng)，或者整個(gè)設(shè)備振動(dòng)，但最危險(xiǎn)的是工藝開車過程中，提壓或加負(fù)荷較快，很容易引起換熱管振動(dòng)，特別是在隔板處，管子振動(dòng)的頻率較高，容易把管切斷，造成斷管泄漏，遇到這種情況必須停機(jī)解體檢查，檢修換熱器。

固定管板式換熱器有哪幾部分組成？結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？浮頭式換熱器的浮頭有幾種形式？

固定管板式換熱器主要由外殼、封頭、管板、管束折流板或支撐板等部件組成。

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在殼體中設(shè)置有平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼體的進(jìn)出管直接焊接在殼體上，裝有進(jìn)口或出口管的封頭管箱用螺栓與外殼兩管板緊固。管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器，管程可以用隔板分成任何程數(shù)。

浮頭換熱器的浮頭常用的有兩種形式。第一種是靠夾鉗形半環(huán)和若干個(gè)壓緊螺釘使浮頭蓋和活動(dòng)管板密封結(jié)合起來，保證管內(nèi)和管間互不滲漏。第二種是使浮頭蓋法蘭直接和勾圈法蘭用螺栓緊固，使浮頭蓋法蘭和活動(dòng)管板密封貼合，雖然減少了管束的有效傳熱面積，但密封性可靠，整體也較緊湊。

板式換熱器的工作原理是什么？有何特點(diǎn)？

板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片，按一定的間隔，通過橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設(shè)備。板片組裝時(shí)，兩組交替排列，板與板之間用粘結(jié)劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網(wǎng)形流道，換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在低流速成下形成湍流，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。板上的四個(gè)角孔，形成了流體的分配管和泄集管，兩種換熱介質(zhì)分別流入各自流道，形成逆流或并流通過每個(gè)板片進(jìn)行熱量的交換。

其特點(diǎn)：（1）體積小，占地面積少；（2）傳熱效率高；（3）組裝靈活；（4）金屬消耗量低；（5）熱損失??；（6）拆卸、清洗、檢修方便；（7）板式換熱器缺點(diǎn)是密封周邊較長(zhǎng)，容易泄漏，使用溫度只能低于150oC，承受壓差較小，處理量較小，一旦發(fā)現(xiàn)板片結(jié)垢必須拆開清洗。

六、板式換熱器有哪幾部分組成？有什么作用？

板式換熱器主要由傳熱板片、密封墊片、兩端壓板、固定封頭、活動(dòng)封頭（頭蓋）、夾緊螺栓、支架、進(jìn)出管等組成。

各部件作用如下：

一、傳熱板片

傳熱板片是換熱器主要起換熱作用的元件，一般波紋做成人字形，按照流體介質(zhì)的不同，傳熱板片的材質(zhì)也不一樣，大多采用不銹鋼和鈦材制作而成。

二、密封墊片

板式換熱器的密封墊片主要是在換熱板片之間起密封作用。板式換熱器的泄漏多是因?yàn)槊芊鈮|片壓錯(cuò)位或者老化引起的。

三、兩端壓板

兩端壓板主要是夾緊壓住所有的傳熱板片，保證流體介質(zhì)不泄漏。

四、夾緊螺栓

夾緊螺栓主要是起緊固封頭和換熱板片的作用。夾緊螺栓一般是通扣螺紋，預(yù)緊螺栓時(shí)，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均勻。

五、掛架

主要是支承換熱板片，使其拆卸、清洗、組裝等方便。

板式換熱器中、大修的內(nèi)容有哪些？

板式換熱器中修的內(nèi)容是：

（1）拆除進(jìn)出管清洗雜物；

（2）檢查進(jìn)出管的橡膠內(nèi)襯，不應(yīng)有裂紋和破壞；

（3）檢查測(cè)量螺栓預(yù)緊力和板片總體尺寸。

板式換熱器大修的內(nèi)容是：

（1）包括中修內(nèi)容；

（2）如換熱器結(jié)垢，應(yīng)解體清洗，或者另行配管在線化學(xué)清洗；

（3）用放大鏡檢查密封墊片的彈性和壓縮變形情況，必要時(shí)可以更換；

（4）檢查傳熱板片變形情況；

（5）檢查傳熱板片有無腐蝕、穿孔等缺陷；

（6）重新組裝，壓緊螺栓；

（7）試壓；

（8）復(fù)位。

板式換熱器的拆裝程序如下：

（1）板式換熱器拆卸前，首先測(cè)量板束的壓緊長(zhǎng)度尺寸，做好記錄（重裝時(shí)應(yīng)按此尺寸）；

（2）拆下夾緊螺栓和全部換熱片；

（3）取下各板片上的密封墊片，為防止用螺絲刀刺破板片，可采取液氮急冷法，使橡膠板條急冷變形，然后撕下；

（4）清理密封槽內(nèi)的殘余粘結(jié)劑，清洗板片上的污垢；

（5）用燈光或滲透法檢查傳熱板片有無裂紋或穿孔。檢查板片上是否有凹坑或變形；

（6）修復(fù)或更換損壞的板片；

（7）重新組裝。組裝前首先用丙酮清洗密封槽，并用401號(hào)粘結(jié)劑，水平位置粘好密封條；

（8）粘好密封條的板片，每50片一組，用20~30mm的鋼板壓緊，在周圍環(huán)境溫度為30~35oC的范圍內(nèi)固化24h，可以掛片；

（9）掛片完畢，輕掛兩端壓蓋，并穿固定螺栓；

（10）用力矩扳手均勻地?cái)Q緊螺栓；

（11）測(cè)量組裝壓緊后板片的總長(zhǎng)度；

（12）裝進(jìn)出口內(nèi)襯套；

（13）整體試壓。首先將板片一側(cè)的流體通道的入口管盲死，裝滿水，然后在板片另一側(cè)的工作介質(zhì)通道出口管上加一帶放氣短管的盲板，在試壓側(cè)裝上壓力表。充滿水后用手壓泵加壓，為操作壓力的1.5倍，并保持30min，壓力無下降即可連接外管。

板式換熱器泄漏主要由以下原因造成：

（1）換熱板片腐蝕穿透；

（2）換熱板片有裂紋；

（3）夾緊螺栓緊固不均勻；

（4）換熱板片變形太大；

（5）密封墊片斷裂或老化；

（6）密封墊片厚度不均；

（7）密封墊片壓偏。

板式換熱器與列管式換熱器比較有什么優(yōu)點(diǎn)？

（1）體積小，占地面積少。板式換熱器占地面積為同樣換熱能力的列管式換熱器的30%左右。

（2）傳熱效率高。傳熱系數(shù)可達(dá)16700KJ/（m2*h*oC）[4000kcal/(m2*h*oC)],較之列管換熱器高2~4倍。

（3）組裝方便。當(dāng)增加換熱淚盈眶面積時(shí)，只需多裝板片，進(jìn)出口方位不需變動(dòng)。

（4）金屬消耗量低；

（5）拆卸、清洗、檢修方便，不易結(jié)垢。

第四篇：換熱器論文

09無機(jī)非（1）

材料工程基礎(chǔ)論文

管殼式換熱器論文

摘要;本文主要介紹管殼式換熱器。并分析其特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：管殼式換熱器、傳熱管束、管板、折流板

正文：管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。管殼式換熱器

流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器,簡(jiǎn)稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。

類型：由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因此換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過50 ℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所

09無機(jī)非（1）

材料工程基礎(chǔ)論文

采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：

① 固定管板式換熱器 管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機(jī)械清洗時(shí)的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時(shí)，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力。

② 浮頭式換熱器 管束一端的管板可自由浮動(dòng)，完全消除了熱應(yīng)力;且整個(gè)管束可從殼體中抽出,便于機(jī)械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。

③ U型管換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進(jìn)出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，但管程不易清洗。

非金屬材料換熱器 化工生產(chǎn)中強(qiáng)腐蝕性流體的換熱，需采用

09無機(jī)非（1）

材料工程基礎(chǔ)論文

陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。這類換熱器的換熱性能較差，只用于壓力低、振動(dòng)小、溫度較低的場(chǎng)合。

流道的選擇

進(jìn)行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：①不潔凈和易結(jié)垢流體宜走管程，因管內(nèi)清洗較方便；②腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時(shí)受腐蝕；③壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；④飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數(shù)與流速無關(guān),且冷凝液容易排出；⑤若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時(shí)，宜使傳熱分系數(shù)大的流體走殼程，以減小熱應(yīng)力。

操作強(qiáng)化

當(dāng)管壁兩側(cè)傳熱分系數(shù)相差很大時(shí)（如粘度小的液體與氣體間的換熱），應(yīng)設(shè)法減小傳熱分系數(shù)低的一側(cè)的熱阻。如果管外傳熱分系數(shù)小，可采用外螺紋管（低翅片管），以增大管外一側(cè)的傳熱面積和流體湍動(dòng)，減小熱阻。如果管內(nèi)傳熱分系數(shù)小，可在管內(nèi)設(shè)置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強(qiáng)管內(nèi)擾動(dòng)，強(qiáng)化換熱，當(dāng)然這時(shí)流體的流動(dòng)阻力也將增大。

管殼式換熱器-shell and tube heat exchanger 由一個(gè)殼體和包含許多管子的管束所構(gòu)成，冷、熱流體之間通過管壁進(jìn)行換熱的換熱器。管殼式換熱器作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，在化工、煉油、石油化工、動(dòng)力、核能和其他工業(yè)裝置中得到普遍采用，特別是在高溫高壓和大型換熱器中的應(yīng)用占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。通常的工作壓力可達(dá)4兆帕，工作溫度在200℃以下，在個(gè)別情況下還可達(dá)到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800毫米以下，管子長(zhǎng)度在9米以下，在個(gè)別情況下也有更大或更長(zhǎng)的。

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材料工程基礎(chǔ)論文

為提高換熱器的傳熱效能，也可采用螺紋管、翅片管等。管子的布置有等邊三角形、正方形、正方形斜轉(zhuǎn)45°和同心圓形等多種形式，前3 種最為常見。按三角形布置時(shí)，在相同直徑的殼體內(nèi)可排列較多的管子，以增加傳熱面積，但管間難以用機(jī)械方法清洗，流體阻力也較大。管板和管子的總體稱為管束。管子端部與管板的連接有焊接和脹接兩種。在管束中橫向設(shè)置一些折流板，引導(dǎo)殼程流體多次改變流動(dòng)方向，有效地沖刷管子，以提高傳熱效能，同時(shí)對(duì)管子起支承作用。折流板的形狀有弓形、圓形和矩形等。為減小殼程和管程流體的流通截面、加快流速，以提高傳熱效能，可在管箱和殼體內(nèi)縱向設(shè)置分程隔板，將殼程分為2程和將管程分為2程、4程、6程和8程等。管殼式換熱器的傳熱系數(shù)，在水-水換熱時(shí)為1400～2850瓦每平方米每攝氏度〔W/(m2〃℃)〕;用水冷卻氣體時(shí)，為10～280W/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽時(shí)，為570～4000W/(m2〃℃)。

分類

管殼式換熱器按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、Ｕ型管式換熱器、雙重管式換熱器、填函式換熱器和雙管板換熱器等。前 3種應(yīng)用比較普遍。

固定管板式換熱器

它是管殼式換熱器的基本結(jié)構(gòu)形式。管子的兩端分別固定在與殼體焊接的兩塊管板上。在操作狀態(tài)下由于管子與殼體的壁溫不同，二者的熱變形量也不同，從而在管子、殼體和管板中產(chǎn)生溫差應(yīng)力。這一點(diǎn)在分析管板強(qiáng)度和管子與管板連接的可靠性時(shí)必須予以考慮。為減小溫差應(yīng)力，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)。固定管板式換熱器一般只在適當(dāng)?shù)臏夭顟?yīng)力范圍、殼程壓力不高的場(chǎng)合下

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材料工程基礎(chǔ)論文

采用。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低，但參與換熱的兩流體的溫差受一定限制；管間用機(jī)械方法清洗有困難，須采用化學(xué)方法清洗，因此要求殼程流體不易結(jié)垢。

浮頭式換熱器

浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)為管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板與浮頭蓋用螺栓連接，形成可在殼體內(nèi)自由移動(dòng)的浮頭。由于殼體和管束間沒有相互約束，即使兩流體溫差再大，也不會(huì)在管子、殼體和管板中產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭式換熱器適用于溫度波動(dòng)和溫差大的場(chǎng)合；管束可從殼體內(nèi)抽出用機(jī)械方法清洗管間或更換管束。但與固定管板式換熱器相比，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高。

U型管式換熱器 一束管子被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束。管板夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱即可直接將管束抽出，便于清洗管間。管束的U形端不加固定，可自由伸縮，故它適用于兩流體溫差較大的場(chǎng)合；又因其構(gòu)造較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，只有一塊管板，單位傳熱面積的金屬消耗量少，造價(jià)較低，也適用于高壓流體的換熱。但管子有U形部分，管內(nèi)清洗較直管困難，因此要求管程流體清潔，不易結(jié)垢。管束中心的管子被外層管子遮蓋，損壞時(shí)難以更換。相同直徑的殼體內(nèi)，U形管的排列數(shù)目較直管少，相應(yīng)的傳熱面積也較小。

雙重管式換熱器

將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器。管程流體從管箱進(jìn)口管流入，通過內(nèi)插管到達(dá)外套管的底

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材料工程基礎(chǔ)論文

部，然后返向，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。其特點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱。但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。

填函式換熱器

填函式換熱器的結(jié)構(gòu)，管束一端與殼體之間用填料密封。管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，造價(jià)也較低；但填料處容易滲漏，工作壓力和溫度受一定限制，直徑也不宜過大。

雙管板換熱器管子兩端分別連接在兩塊管板上，兩塊管板之間留有一定的空間，并裝設(shè)開孔接管。當(dāng)管子與一側(cè)管板的連接處發(fā)生泄漏時(shí)，漏入的流體在此空間內(nèi)收集起來，通過接管引出，因此可保證殼程流體和管程流體不致相互串漏和污染。雙管板換熱器主要用于嚴(yán)格要求參與換熱的兩流體不互相串漏的場(chǎng)合，但造價(jià)比固定管板式換熱器高。

特點(diǎn)

這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流

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材料工程基礎(chǔ)論文

動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器,簡(jiǎn)稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。

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材料工程基礎(chǔ)論文

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第五篇：淺論換熱器及其發(fā)展趨勢(shì)

淺論換熱器及其發(fā)展趨勢(shì)

摘要:換熱器是工業(yè)部門廣泛使用的一種設(shè)備。為了適應(yīng)所需，換熱器的類型多而復(fù)雜，本文根據(jù)作用原理和傳熱方式主要分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。間壁式換熱器仍是應(yīng)用最廣泛的一類換熱器，因此以其一列管式換熱器為例概括了換熱管的現(xiàn)狀和相應(yīng)的換熱器的發(fā)展進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：換熱器；換熱管；現(xiàn)狀；發(fā)展

一、換熱器介紹

換熱器是一種使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備，它在許多工業(yè)部門被廣泛使用，包括化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械等等。其主要功能有兩點(diǎn)，一是使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要；二是有效的回收利用預(yù)熱、廢熱，特別是低位熱能。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，自然的，其類型也相當(dāng)多，若按照作用原理和傳熱方式則分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器。

1.1 直接接觸式換熱器

直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器，是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等，具體應(yīng)用有冷卻塔、氣壓冷凝器、氣體洗滌器等。

采用這種換熱器，熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多；其結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，密封性

好，清洗、檢修方便，流體阻力小。同時(shí)價(jià)

格便宜，維護(hù)容易，可使用時(shí)間長(zhǎng)。但明顯的缺點(diǎn)就是應(yīng)用范圍小，僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。

1.2蓄熱式換熱器

圖1-1直接接觸式換熱器 熱式換熱器與回?zé)崾綋Q熱器相對(duì)應(yīng)，是一種應(yīng)用歷蓄史比較久遠(yuǎn)的換熱裝置，回?zé)崾綋Q熱器中兩種流體的換熱是通過各個(gè)位置的固定邊界進(jìn)行的，在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)換熱器的內(nèi)的溫度只與位置有關(guān)，而在蓄熱式換熱器熱量的傳遞都是動(dòng)態(tài)

［］的，同時(shí)依賴于位置和時(shí)間。1在蓄熱式換熱器中，冷、熱流體交替地流過同一固體傳熱面及其所形成的通道，依靠構(gòu)成傳熱面的物體的熱容作用（吸熱或放熱），實(shí)現(xiàn)冷、熱流體之問的熱交換。蓄熱式換熱器有受熱面回轉(zhuǎn)式和風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式兩種：前者是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使煙氣和空氣交替沖刷蓄熱元件；后者是由風(fēng)罩轉(zhuǎn) 使煙氣和空氣交替沖刷蓄熱元件。該換熱器適用于流量大的氣一氣熱交換場(chǎng)合，如動(dòng)力、硅酸鹽及石油化工等工業(yè) 中的余熱利用和廢熱回［］收等方面。2

蓄熱式換熱器的優(yōu)點(diǎn)也很明顯，首先是結(jié)構(gòu)緊湊，其次它是由由固體填充物構(gòu)成的蓄熱體作為傳熱面的，交替地通過同一通道利用蓄熱體來吸熱和放熱，其單位面積傳熱面大，適用于氣-氣熱交換，如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。但局限在于不允許兩種流體混合。

圖1-3 燃燒室

圖1-2 蓄熱式換熱器

1.3 間壁式換熱器

間壁式換熱器又稱為表面式換熱器，利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交換。是應(yīng)用最廣泛的一類換熱器，形式也多種多樣，如板式換熱器、板翅式換熱器、列管換熱器三類。相比而言，板式換熱器具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)；板翅式換熱器制造工藝要求更為嚴(yán)格，且容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修困難，但其傳熱性能特別好；列管式換熱器又稱管殼式換熱器，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備，又分為固定管板式換熱器、U形管式換熱器、浮頭式換熱器。管殼 式換熱器由一個(gè)殼體 和包 含許多 管子的管束所構(gòu)成，冷、熱流體之間通過管壁進(jìn)行換熱的換熱器。它適應(yīng)于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。通常管殼式換熱器的工作壓力可達(dá) 4兆帕，工作作溫度在 200 ℃ 以下。在個(gè)別情況下還可達(dá)到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800 ram 以下，管子長(zhǎng)度在9m以下，在個(gè)別情況下也有更大或更長(zhǎng)的。其優(yōu)于其他兩種的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣，故適應(yīng)性強(qiáng)、操作彈性較大。因此，在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。

圖1-4 管殼式換熱器

間壁式換熱器應(yīng)用廣泛，工作壞境多變 且較為惡劣，例如部分間壁式換熱器操作壓強(qiáng)高達(dá)2*105Kpa，溫度-250到1500 ℃的范圍內(nèi)變化，某些流體的腐蝕性又特別嚴(yán)重等。每種類型的換熱器都有優(yōu)缺點(diǎn)，選擇換熱器類型時(shí)，要考慮的因素很多，例如材料，壓強(qiáng)，溫度，溫度差，壓強(qiáng)降，結(jié)垢腐蝕情況，流動(dòng)狀態(tài)，傳熱效果，檢修和操作等。對(duì)同一種換熱器而言，某種情況下使用是好的，而在另外的情況下卻不能夠令人滿意，甚至根本不能用。因此在實(shí)際應(yīng)用中，工作人員需對(duì)各種間壁式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)和操作方式了然于胸，最大發(fā)［3］揮其優(yōu)勢(shì)。

1.4 中間載熱體式換熱器

中間載熱體式換熱器是將兩個(gè)間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接，載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器間循環(huán)，從高溫流體換熱器中吸收熱量，向低溫流體換熱器中釋放熱量給低溫流體。

圖1-5

熱管換熱器

二、換熱器的發(fā)展

換熱器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和化工生產(chǎn)領(lǐng)域中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性起著舉足輕重的作用。近年來，能源與材料費(fèi)用的不斷增長(zhǎng)極大地推動(dòng)了對(duì)高效節(jié)能換： 熱器的研究，作為一種節(jié)能設(shè)備，換熱器不僅是保證加工過程正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的設(shè)備，而且就金屬消耗、動(dòng)力消耗和投資來說，其在整個(gè)工程中所占有比例很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，換熱器的投資約占全部設(shè)備投資的40%。因此開發(fā)新型高效和結(jié)構(gòu)緊湊的換熱器是目前換熱器研究的一個(gè)重要方向。其內(nèi)部強(qiáng)化傳熱主要有兩種途徑：增大傳熱面積，但換熱器的傳熱面積不可能無限制地增大，否則投資費(fèi)用會(huì)大大增加，并且隨著工業(yè)化的進(jìn)展，設(shè)備要緊湊化：提高傳熱系數(shù)，主要從管程和殼程傳熱強(qiáng)化系數(shù)的提高方面上考慮。

2.1 常見換熱管的研究現(xiàn)狀

2.1.1 螺旋槽管

螺旋槽管是種管壁上具有外凸和內(nèi)凸的異形管，管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù)，起到雙邊強(qiáng)化的作用。根據(jù)在光管表面加螺旋槽的類型，螺旋槽管有單頭和多頭之分，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有槽深e、槽距p和槽旋角β。，研究還表明單頭螺旋槽管比多頭螺旋槽管的性能好。目前，無論足從傳熱、流阻、結(jié)垢性能，還是從無相變對(duì)流換熱和有相變凝結(jié)換熱，對(duì)螺旋槽管的強(qiáng)化傳熱研究從理論到實(shí)際已達(dá)到較高水平。

2.1.2 橫紋管

橫紋管是一種普通圓管作毛胚，在管外壁經(jīng)簡(jiǎn)單滾軋出與軸線垂直的凹槽，同時(shí)在管內(nèi)形成一圈突起的環(huán)肋。其強(qiáng)化機(jī)理為：當(dāng)管內(nèi)流體經(jīng)橫向環(huán)肋時(shí)，管壁附近形成軸向漩渦，增加了邊界層的擾動(dòng)，有利于熱量通過邊界層的傳遞。當(dāng)渦流即將消失時(shí)，流體又流經(jīng)下一個(gè)橫肋，不斷產(chǎn)生軸向渦流，因而保持連續(xù)且穩(wěn)定的強(qiáng)化作用。2.1.3 管內(nèi)插入物

管內(nèi)插入物的類型有很多，主要有：麻花鐵、螺旋線圈、螺旋帶、螺旋片、扭帶和靜態(tài)混合器等。各種插入物的強(qiáng)化傳熱機(jī)理一般可分為四種：形成旋轉(zhuǎn)流；破壞邊界層；中心流體與管壁流體產(chǎn)牛置換作用；產(chǎn)生二次流。管內(nèi)插入物的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)舊的換熱器設(shè)備進(jìn)行改造，以提高其換熱性能。在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)，能達(dá)到清除污垢的目的。2.1.4 內(nèi)翅片管

內(nèi)翅片管是采用特殊的焊接工藝和設(shè)備加工而成，流體在管內(nèi)的換熱過程為單相強(qiáng)制對(duì)流換熱。其豐要特點(diǎn)是通過在傳熱管管內(nèi)擴(kuò)大傳熱面積、強(qiáng)化管內(nèi)傳熱的途徑來提高換熱器的傳熱性能。八十年代初，日立電纜有限公司研究表明，采用左右錯(cuò)式的螺旋內(nèi)翅片管強(qiáng)

［4］化單相流體的傳熱可使管內(nèi)給熱系數(shù)提高到光管的2.8倍左右。2.1.5 波紋管

波紋管是將光管加工成波紋形狀的翹片，其強(qiáng)化傳熱機(jī)理是：通過改變斷面使弧形段內(nèi)壁處發(fā)生兩次反向擾動(dòng)，增加對(duì)管內(nèi)流體的擾動(dòng)，擴(kuò)大低熱阻區(qū)域，以提高傳熱系數(shù)，增強(qiáng)傳熱效果。具有不易結(jié)垢，單位容積傳熱面積大，耐腐蝕性強(qiáng)，溫差應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)。2.1.6 縮放管

縮放管是由依次交替的收縮段和擴(kuò)張段組成的波形管道，其強(qiáng)化傳熱的機(jī)理是：在擴(kuò)張段流體速度降低，靜壓增大；在收縮段流體速度增加，靜壓減??；流體在方向反復(fù)改變的軸向壓力梯度下流動(dòng)。擴(kuò)張段產(chǎn)生的漩渦在收縮段被有效地利用，沖刷了流體邊界層，便邊界層減落實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化傳熱。

2.2 換熱器發(fā)展及進(jìn)展

長(zhǎng)期以來，列管式換熱器面臨著各種新型換熱器的挑戰(zhàn)，且某些場(chǎng)合已被一些新型換熱器所取代，但是由于它的高度可靠性和廣泛的適應(yīng)性，至今仍然居于統(tǒng)治地位。例如在日本其產(chǎn)量占全部換熱器的70%，產(chǎn)值占60%。由于受到挑戰(zhàn)，反過來也促進(jìn)了它自身的發(fā)展。

［5］例如在高溫、高壓領(lǐng)域，已有用它取代蛇管、套骨式換熱器的趨勢(shì)。目前，對(duì)高效列管式換熱器的研究主要集中在強(qiáng)化管程和殼程兩方面，根據(jù)以上換熱管研究現(xiàn)狀針對(duì)管程有如下改進(jìn)。

2.2.1 螺紋管換熱器

螺紋管是一種優(yōu)良的高效異形強(qiáng)化傳熱管件，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由光滑管在車床上軋制而成，分單頭和多頭，其強(qiáng)化機(jī)理是：產(chǎn)生的邊界層分離流使傳熱邊界破壞。目前從傳熱、流阻、阻垢性能、無相變對(duì)流換熱、有相變凝結(jié)換熱等方面對(duì)螺紋管的強(qiáng)化傳熱研究從理論到實(shí)際都達(dá)到了較高水平。

圖2-1

螺紋管

2.2.2 橫紋管換熱器

橫紋管主要用來強(qiáng)化管內(nèi)單相流體的傳熱，在相同流速下，橫紋管比單頭螺旋槽管比較，流體阻力稍大但壓降較小，傳熱性能好。我國(guó)華南理工大學(xué)、沈陽化工學(xué)院和遼寧冷熱設(shè)備制造公司等單位對(duì)橫紋管進(jìn)行了研究和應(yīng)用。如圖2-2。

圖2-2 橫紋管

2.2.3 菱形翅片管換熱器

菱形翅片管與螺紋管相比，翹片距更密，傳熱面積更大，當(dāng)流體流經(jīng)菱形翅片表面時(shí)，傳熱邊界層在非連續(xù)翅片上因受到周期性破壞而減薄，從而提高了冷凝傳熱系數(shù)，是光滑管的6倍。

2.2.4 波紋管換熱器

波紋管是近10年出現(xiàn)的強(qiáng)化換熱管，其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，我國(guó)第一臺(tái)波紋管換熱器由沈陽市廣廈熱力設(shè)備公司于 20世紀(jì)90年代初研制成功。

圖2-3 波紋管

2.2.5 縮放管換熱器

其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。華南理工大學(xué)研究認(rèn)為，縮放管可強(qiáng)化管內(nèi)外單相流體的傳熱，45在同等流阻損失下，Re=10-10 范圍內(nèi)，傳熱管比光管增加70%?？s放管換熱器已在空氣

［6］預(yù)熱器、油冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐中廣泛使用。

三、結(jié)論

圖2-4

縮放管

換熱器在近百年來在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多領(lǐng)域起著越來越重要的作用，能源與材料費(fèi)用的不斷增長(zhǎng)也極大地推動(dòng)了對(duì)高效節(jié)能的換熱器的研究。而今，換熱器的類型已經(jīng)很多，但缺陷卻是大多數(shù)換熱器所共有的，其內(nèi)部強(qiáng)化傳熱途徑也相似。對(duì)于未來的發(fā)展，需要包括以下幾個(gè)方面：一是器械緊湊化；二是換熱高效化——減少熱量的散失；三是節(jié)能減排；四是理論系統(tǒng)化；五是技術(shù)模型化。

換熱器有著極其廣泛的應(yīng)用，在發(fā)展上雖然有瓶頸但仍然有很大的需要。

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