内容发布更新时间 : 2024/11/15 1:00:28星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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换热器的设计

1.1 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。

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（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 名称 特性 刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般≤50°C)，管间不固定管板式 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 管 壳 式 U型管管式 填料函式 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 双套套管式 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 管式 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 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 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合 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 能清洗 结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中 卑微如蝼蚁、坚强似大象

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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 制造简单，紧凑，可用于带颗粒物料，温位利用好；不易检修 制造简单、紧凑、成本低、易清洗，使用压力不大于1.2Mpa，使用温度不大于150℃ 板数类似管束，可抽出清洗检查，压力不能太高 盘式 传热效率高，用于高温烟气冷却等 用于空气预热器等 螺旋板板 板式 伞板式 板壳式 回旋式 蓄 热 式 固定格室式 非紧凑式 表 面 扩 展 式

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。

管翅式 高效而紧凑，换热面积大，传热效果好 适用于高温及腐蚀性气体场合 鼓式 紧凑式 适用于低温到高温的各种条件 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 卑微如蝼蚁、坚强似大象