《傳熱與換熱器》課件-任務(wù)5-1：認(rèn)識換熱器

傳熱與換熱器內(nèi)容與安排認(rèn)識傳熱導(dǎo)熱輻射換熱對流換熱換熱設(shè)備的傳熱計算與強(qiáng)化前課回顧牛頓冷卻公式研究目的：揭示h的影響因素；定量計算表面換熱系數(shù)h；研究強(qiáng)化對流換熱的措施。h為對流換熱系數(shù)，或稱為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，簡稱換熱系數(shù)，它的數(shù)值大小表示對流換熱的強(qiáng)弱；A為與流體接觸的壁面面積；tw和tf分別為壁面溫度和流體溫度。牛頓冷卻公式將復(fù)雜的對流換熱問題用一個簡單的關(guān)系式來表達(dá)，實質(zhì)上將矛盾集中在h上。對流換熱基本公式前課回顧對流換熱的主要影響因素：流動的起因；流體有無相變；流動的形態(tài)；換熱表面的幾何因素；流體的物理性質(zhì)。自然對流強(qiáng)迫對流表面換熱系數(shù)h取決于多種因素，是一個復(fù)雜的函數(shù)：流速幾何尺寸導(dǎo)熱系數(shù)密度運(yùn)動粘度比定壓熱容影響對流換熱的主要因素

(1)流體有無相變無相變時，換熱由流體顯熱的變化而實現(xiàn),h較小有相變時，流體潛熱的釋放或吸收常起主要作用，h較大;(2)流體流動的原因強(qiáng)制對流換熱——流動由外部動力源引起,h較大自然對流換熱——流動由流體內(nèi)部的密度差引起,h較小(3)換熱面的幾何因素(形狀,大小,幾何布置,狀態(tài)等)(4)流體的流動狀態(tài)

層流—流體微團(tuán)沿主流方向作有規(guī)則的分層流動,

h較小;

湍流——流體各部分間發(fā)生強(qiáng)烈混合,h較大(5)流體的物理性質(zhì)密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等均影響流速的分布及熱量的傳遞,從而影響換熱影響對流換熱的主要因素前課回顧任務(wù)5-1：認(rèn)識換熱器知識目標(biāo)：對工業(yè)換熱過程產(chǎn)生感性認(rèn)識，了解傳熱在工業(yè)、生活中的應(yīng)用，了解各種類型換熱器的結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用。能力目標(biāo)：認(rèn)識各類換熱器，熟悉列管換熱器的結(jié)構(gòu)。換熱器的定義換熱器的定義：用來使熱量從熱流體傳遞到冷流體，以滿足規(guī)定的工藝要求的裝置作用：①加熱原料，如原油被加熱；②冷卻產(chǎn)品，如汽油、煤油、柴油等產(chǎn)品的冷卻；③回收余熱，如常、減壓爐頂部的煙氣余熱回收系統(tǒng)換熱器是用來完成各種不同傳熱過程的設(shè)備。

1、如：開水鍋爐、水杯、冰箱、空調(diào)等。2、是許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。通常，在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11％～40％。那么衡量一臺換熱器好壞的標(biāo)準(zhǔn)是什么呢？衡量標(biāo)準(zhǔn)3.可靠性滿足操作條件,強(qiáng)度足夠,保證使用壽命2.合理性1.先進(jìn)性可制造加工，成本可接受傳熱效率高，流體阻力小，材料省衡量標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)中對換熱設(shè)備提出的要求是：傳熱效率高，流體阻力小；強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性足夠；結(jié)構(gòu)合理，節(jié)省材料，成本較低；制造、裝拆、檢修方便等。換熱器按用途分類1.加熱器

用于把流體加熱到所需的溫度，被加熱流體在加熱過程中不發(fā)生相變。2.預(yù)熱器

用于流體的預(yù)熱，以提高整套工藝裝置的效率。3.過熱器

用于加熱飽和蒸汽，使其達(dá)到過熱狀態(tài)。4.蒸發(fā)器

用于加熱液體，使之蒸發(fā)汽化。5.再沸器

是蒸餾過程的專用設(shè)備，用于加熱已冷凝的液體，使之再受熱汽化。6.冷卻器

用于冷卻流體，使之達(dá)到所需的溫度。7.冷凝器

用于冷凝飽和蒸汽，使之放出潛熱而凝結(jié)液化。換熱器的分類三種類型換熱器簡介按傳熱方式或工作原理分類換熱器的類型-混合式換熱器直接接觸式換熱器1、混合式換熱器（直接接觸式）通過冷熱流體直接混合進(jìn)行熱量交換的設(shè)備稱為混合式換熱器，或直接式換熱器，如冷卻塔、氣壓冷凝器、在傳質(zhì)的同時進(jìn)行傳熱的塔設(shè)備等。結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效果好，但不能用于發(fā)生反應(yīng)或有影響的流體之間局限：只適用于允許兩流體混合的場合。熱流體冷流體熱流體冷流體氣體冷卻塔浴室溫水加熱換熱器的類型-蓄熱式2、蓄熱式溫度較高的場合，但有交叉污染，溫度波動大蓄熱式換熱器冷流體冷流體熱流體熱流體蓄熱式換熱器利用冷熱兩種流體交替通過換熱器內(nèi)的同一通道而進(jìn)行熱量傳遞。局限：不能用于兩流體不允許混合的場合。換熱器的類型-蓄熱式換熱器的類型-間壁式3、間壁式重點——又稱表面式換熱器利用間壁（固體壁面）進(jìn)行熱交換。冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。應(yīng)用最為廣泛，形式多種多樣，如管殼式換熱器、板式換熱器等間壁式換熱器的主要型式套管式換熱器：最簡單的一種間壁式換熱器，流體有順流和逆流兩種，適用于傳熱量不大或流體流量不大的情形換熱器的類型-間壁式換熱器的類型-間壁式套管式換熱器由兩根不同直徑、同心組裝的直管和連接內(nèi)管的U形彎管所組成,進(jìn)行換熱的兩種流體分別進(jìn)入內(nèi)管和內(nèi)、外管的環(huán)形通道進(jìn)行換熱(通常采用逆流方式)。當(dāng)需要較大傳熱面積時，可將幾段套管串聯(lián)排列。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，傳熱面積可調(diào)整；缺點：金屬消耗量大，且彎管連接處易發(fā)生泄漏。套管式換熱器多用于流量較小而壓力,較高的兩流體傳熱，常用作冷卻器和冷凝器。換熱器的類型-間壁式2.蛇管換熱器(1)沉浸式蛇管換熱器優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，便于防腐，能承受高壓。其缺點是管外對流傳熱系數(shù)小，常需加攪拌裝置(2)噴淋式蛇管換熱器優(yōu)點是檢修清洗方便，傳熱效果好等。其缺點是體積龐大，占地面積多，冷卻水耗用量較大，噴淋不均勻等。換熱器的類型-間壁式3.列管換熱器傳熱面由管束組成，管子兩端固定在管板上，管束與管板再封裝在外殼內(nèi)。兩種流體分管程和殼程。當(dāng)殼體與換熱管的溫差較大（大于50℃）時，產(chǎn)生的溫差應(yīng)力（又叫熱應(yīng)力）具有破壞性，易引起設(shè)備變形，或使管子彎曲、從管板上松脫，甚至造成管子破裂或設(shè)備毀壞。因此必須從結(jié)構(gòu)上考慮這種熱膨脹的影響，采取各種補(bǔ)償?shù)霓k法，消除或減小熱應(yīng)力。常見的溫差補(bǔ)償措施有：補(bǔ)償圈補(bǔ)償、浮頭補(bǔ)償、U形管補(bǔ)償。補(bǔ)償圈補(bǔ)償浮頭補(bǔ)償U(kuò)形管補(bǔ)償換熱器的類型-間壁式管殼式換熱器與列管式換熱器

管殼式換熱器是由圓柱形殼體和安裝在殼體內(nèi)的許多管子組成的管束構(gòu)成的。管殼式換熱器是間壁式換熱設(shè)備中應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)上與列管式換熱器完全一樣,只是使用方式不一樣.區(qū)別：列管式是料液走管程(就是管子里面),冷卻水走殼程(管子和殼之間),管殼式正好相反.換熱器的類型-間壁式4.肋片管式換熱器：肋片管式換熱器由加肋片的管束構(gòu)成。由于管外肋片強(qiáng)化了換熱，增大了單位體積的傳熱量，從而高效緊湊。這類換熱器適用于壁面兩側(cè)換熱系數(shù)相差較大的場合，如家用取暖器、汽車水箱散熱器，空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器等。換熱器的類型-間壁式5.板式換熱器：由一組幾何結(jié)構(gòu)相同的平行薄平板疊加所組成，冷熱流體間隔地在每個通道中流動，其特點是拆卸清洗方便，故適用于含有易結(jié)垢物的流體。通常包括夾套換熱器、平板式換熱器、螺旋板式換熱器和板翅式換熱器等。換熱器的類型6.熱管換熱器：特點是熱量傳遞分汽化、蒸汽流動和冷凝三步進(jìn)行，由于汽化和冷凝的對流強(qiáng)度都很大，蒸汽的流動阻力又較小，因此熱管的傳熱熱阻很小。因此，它特別適用于低溫差傳熱的場合。熱管換熱器具有傳熱能力大、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等優(yōu)點。管殼式換熱器的常見故障及排除方法殼程式換熱器在使用的過程中，最容易發(fā)生故障的是作為換熱元件的管子。流體對管束的沖刷、腐蝕，都可能造成管子的損壞。因此在日常的維護(hù)中應(yīng)經(jīng)常對換熱器進(jìn)行檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)故障，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修理。管殼式換熱器的常見故障有管子振動、管壁積垢、腐蝕與磨損、介質(zhì)泄漏等。管殼式換熱器的常見故障及排除方法1.管子的振動與防振措施

管殼式換熱器中管子產(chǎn)生振動是一種常見故障。引起振動的原因有：管束與泵、壓縮機(jī)產(chǎn)生的共振；由于流速、管壁厚度、折流板間距、管束排列等綜合因素的影響而引起的振動；流體橫向穿過管束時產(chǎn)生的沖擊等。如振動現(xiàn)象嚴(yán)重，可能產(chǎn)生的結(jié)果有：相鄰管子或管子與殼體間發(fā)生碰撞；使管子和殼壁受到磨損而開裂；管子撞擊折流板而被切斷；管端與管板連接處松動而發(fā)生泄漏；管子發(fā)生疲勞破壞；增大殼程流體的流動阻力等。

當(dāng)換熱管發(fā)生振動時，應(yīng)針對振動產(chǎn)生的不同原因采取不同的對策。常用的方法有：在流體人口處前設(shè)置緩沖措施防止脈沖；折流板上的孔徑與管子外徑間隙盡量地小；減小折流板間隔，使管子振幅變??；加大管壁厚度和折流板厚度，增加管子剛性等。管殼式換熱器的常見故障及排除方法2.管壁積垢

由于換熱器操作中所處理的流體，有的是懸浮液，有的夾帶有固體顆粒，有的粘結(jié)物含量高，有的含有泥沙、藻類等雜質(zhì)。隨著使用時間的延長，在換熱管的內(nèi)外表面上會產(chǎn)生積垢。積垢引起的故障有：總導(dǎo)熱系數(shù)下降，傳熱效率降低；使換熱管的管徑，因積垢而減小，使得流體通過管內(nèi)的流速增加，造成壓力損失增大；積垢導(dǎo)致管壁腐蝕，腐蝕嚴(yán)重時，造成管壁穿孔，兩種流體混合而破壞正常操作。

對積垢采取的措施有：加強(qiáng)巡回檢查，了解積垢的程度；對某些可凈化的流體，在進(jìn)入換熱器前進(jìn)行凈化(如水處理)；對于易結(jié)垢的流體，應(yīng)采用容易檢查、拆卸和清洗的結(jié)構(gòu)；定期進(jìn)行污垢的清除等。管殼式換熱器的常見故障及排除方法3.管子的泄漏

管子發(fā)生泄漏的事故較多，主要原因有介質(zhì)的沖刷引起的磨損，導(dǎo)致管壁破裂；介質(zhì)或積垢腐蝕穿孔；管子振動引起管子與管板連接處泄漏。當(dāng)發(fā)現(xiàn)管子有泄漏現(xiàn)象時，采取的措施視泄漏管數(shù)的多少而定。如果管束中僅有一根或數(shù)根管子泄漏，可采用堵塞的方法進(jìn)行修理。即用做成錐形的金屬材料塞在管子兩端打緊焊牢，將損壞