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换热器布局道理选型及操作

日期:2019-11-08 13:05 来源: 换热器

  换热器结构原理选型及操作_其它_职业教育_教育专区。换热器结构原理选型及操作

  换热器 一、概述 在炼油、化工生产中,绝大多数的工艺过程都有 加热、冷却和冷凝的过程,这些过程总称为换热过 程。传热过程的进行需要一定的设备来完成,这些 使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。据 统计,在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备 总投资的35%~40%,因为绝大部分的化学反应或传 质传热过程都与热量的变化密切相关,如反应过程 中,有的要放热,有的要吸热,要维持反应的连续 进行,就必须排除多余的热量或补充所需的热量; 工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用, 以降低成本。另外,生产所得的油品或化工产品, 需要将其冷却或冷凝,以便储存和运输。以上这些 与热量有关的过程都需要使用换热设备。 使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的,如 果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体,经过 换热设备相互换热,既可回收热量,又可降低冷却 水的消耗。 综上所述,换热设备是炼油、化工生产中不可缺 少的重要设备。换热设备在动力、原子能、冶金及 食品等其他工业部门也有着广泛的应用。 二、比较换热设备的指标 1. 效率要高。效率高就要求其传热系数大,传热系数是指在 单位时间内、单位面积上温度每变化一度所传递的热量。 2. 结构紧凑。要使换热设备的结构紧凑就要求其比表面积大, 比表面积是指单位体积的换热设备所具有的传热面积,即 传热面积与换热设备体积之比。 3. 节省材料。要做到此点要求其比重量要小,所谓比重量是 指单位传热面积所耗用的金属量,即换热设备总金属用量 与传热面积之比。 4. 压力降要小。流体在设备中流动阻力小、压力损失就小, 节省动力、操作成本降低。 5. 要求结构可靠、制造成本低,便于安装、检修、使用周期 长。 ? 由于要全面满足上述要求是非常困难的,因而产生了各种 各样的换热器,以适应各种特定的工艺条件。 三、换热器的分类 换热设备的分类方法很多,现将几种常见的分 类方法介绍如下: 1、按用途分类:分为热交换器、冷凝器、蒸发器、 加热器及冷却器等五类。 1)热交换器:两种不同温度的介质进行热量交换, 使一种介质降温而另一种介质升温,以满足各自 的需要。 2)冷凝器:两种不同温度的介质进行热量交换,其 中一种介质由汽态被冷凝成液态。 3)蒸发器:与冷凝器的操作刚好相反,两种介质中的 一种介质由液体被蒸发成汽体。 4)加热器:只单纯的完成一种介质的加热升温的操作。 5)冷却器:如果热量不回收利用,完成用冷却剂(如 水、空气)来冷却另外一种介质的操作的换热器 称为冷却器。如用空气作为冷却剂的换热器称为 空气冷却器,简称空冷器。 2、按材料分类:分为金属材料和非金属材料换热器。 3、按结构分类:分为管壳式换热器和板式换热器。 1)管壳式换热器:特点是圆形的外壳中装有管束。 一种介质流经换热管内的通道及其相贯通部分 (称为壳程)。它可分为:浮头式换热器、U型管 式换热器、套管式换热器、固定管板式换热器等。 2)板式换热器:它是由压成各种形状的薄板组成传 热面的,冷、热两种介质分别在相邻两板之间流 动。常见的板式换热器有平板式换热器、伞板式 换热器、螺旋板式换热器及板壳式换热器。 ? 板式换热器的传热效率虽然较高,但由于其强度 低,密封性能差,故其应用受到了限制。因此, 在石油、化工工业中应用较多的是管壳式换热器, 它已被当成传统的换热设备来加以使用。 四、管壳式换热器的总体结构 1、管壳式换热器的总体结构以及特点 1)浮头式换热器 ? 浮头式换热器的一端管板是固定的。与壳体刚性 连接,另一端管板是活动的,与壳体之间并不相 连。活动管板一侧总称为浮头,浮头式换热器的 管束可从壳体中抽出,故管外壁清洗方便,管束 可在壳体中自由伸缩,所以无温差应力;但结构 复杂、造价高,且浮头处若密封不严会造成两种 流体混合。浮头式换热器适用于冷热流体温差较 大(一般冷流进口与热流进口温差可达110℃), 介质易结垢需要清洗的场合。在炼油厂中使用的 各类管壳式换热器中浮头式最多。 ?总体结构图 浮头式换热器和冷凝器,可采用内导流或外导流结构, 管内均可承受高压。 内导流换热器结构图 外导流换热器结构图 内导流筒与外导流筒换热器的区别 Ⅰ、内导流筒换热器是在换热器的壳程筒体内 设置了内导流筒使换热器的前或后端未加导流 筒前难以利用换热的换热管得以充分利用,从 而增大换热器的有效换热面积。 Ⅱ、外导流式换热器是在原换热器的壳程筒体 上增加一个放大筒节用以扩散壳程流体,并使 流体从换热器壳程的两端进入壳程,从而避免 了在换热器布管时考虑布管弓形的高,而使增 加了同规格上换热器的布管数目并有效利用了 换热器前后端的换热管从而增大了有效换热面 积。 2)固定管板式换热器 ? 这类换热器的结构简单,重量轻,造价较低,在 相同的壳层情况下,可较其他型式的列管换热器 多排一些传热管子。但是壳体与管程之间的流体 的温差不能太大,因温差太大时,会产生较大的 热应力,使管子与管板结合处松脱而产生泄漏。 此外这类换热器因管板是固定的,所以在检修, 更换管子或清洗壳层时,都比较困难。此换热器 适用于壳程介质不易结垢,或是有结垢但可进行 化学清洗的场合;壳壁与管壁因温度差而引起的 膨胀量之差不大,或膨胀差虽大但壳程压力不高 的情况。 ? 总体结构图 3)U型管式换热器 ? 这种换热器不同于固定管板式和浮头式,只有一 块管板,换热管作为U字形、两端都固定在同一块 管板上;管板和壳体之间通过螺栓固定在一起。 这种换热器结构简单、造价低,管束可在壳体内 自由伸缩,无温差应力,也可将管束抽出清洗且 还省了一块管板;但U形管管内清洗困难且管子更 换也不方便,由于U形弯管半径不能太小,故与其 他管壳式换热器相比布管较少,结构不够紧凑。 它适用于冷热流体温差较大、管内走清洁不易结 垢的高温、高压、腐蚀性较大的流体的场合。 ? 总体结构图 4)釜式换热器 ? 这种换热器的壳体直径一般为管束直径的1.5~2

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