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一、换热器的类型
二、列管式换热器的基本型式
三、新型换热器
四、各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径;一、换热器的类型;1、管式换热器
1)沉浸式换热器
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状(多盘成蛇形,常称蛇管),并沉浸在容器内的液体中。蛇管内、外的两种流体进行热量交换。几种常见的蛇管形式如图所示。
优点 :结构简单、价格低廉,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造
缺点 :容器内液体湍动程度低,管外对流传热系数小。 ;2)喷淋式换热器
喷淋式换热器也为蛇管式换热器,多用作冷却器。这种换热器是将蛇管成行地固定在钢架上,热流体在管内流动,自最下管进入,由最上管流出。冷水由最上面的淋水管流下,均匀地分布在蛇管上,并沿其两侧逐排流经下面的管子表面,最后流入水槽而排出,冷水在各排管表面上流过时,与管内流体进行热交换。这种换热器的管外形成一层湍动程度较高的液膜,因而管外对流传热系数较大。另外,喷淋式换热器常放置在室外空气;流通处,冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量,提高了冷却效果。因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果要好得多。同时它还便于检修和清洗等优点。其缺点是喷淋不易均匀。
3)套管式换热器
套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管,并由U型弯头连接而成。每一段套管称为一程,每程有效长度约为4~6m,若管子过长,管中间会向下弯曲。
在套管式换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙;适当选择两管的管径,两流体均可得到较高的流速,且两流体可以为逆流,对传热有利。另外,套管式换热器构造较简单,能耐高压,传热面积可根据需要增减,应用方便
缺点:管间接头多,易泄露,占地较大,单位传热面消耗的金属量大。因此它较适用于流量不大,所需传热面积不多而要求压强较高的场合。
4)列管式换热器
优点 :单位体积所具有的传热面积大,结构紧凑、紧固传热效果好。能用多种材料制造,故适用性较强,操作弹性;较大,尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。
在列管式换热器??,由于管内外流体温度不同,管束和壳体的温度也不同,因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温差较大,就可能由于热应力而引起设备变形,管子弯曲,甚至破裂或从管板上松脱。因此,当两流体的温差超过50℃时,就应采用热补偿的措施。根据热补偿方法的不同,列管式换热器分为以下几种主要形式:
(1)固定管板式 ;固定管板式的两端管板和壳体制成一体。因此它具有结构简单和成本低的优点。但是壳程清洗和检修困难,要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的物料。当两流体的温差较大时,应考虑热补偿。即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈,当外壳和管束热膨胀不同时,补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩),以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。这种补偿方法简单,但不宜应用两流体温差过大(应不大于70℃)和壳程流体压强过高的场合。;(2)浮头式换热器
浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体,可以沿轴向自由浮动。这种结构不但完全消除了热应力的影响,且由于固定端的管板以法兰与壳体连接,整个管束可以从壳体中抽出,因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍,但它的结构比较复杂,造价较高。
(3)U型管式换热器
U型管式换热器每根管子都弯成U型,进出口分别安装在同一管板的两侧,封头用隔板分成两室。这样,每根管子;可以自由伸缩。而与其他管子和壳体均无关。这种换热器结构比浮头式简单,重量轻,但管程不易清洗,只适用于洁净而不易结垢的流体,如高压气体的换热。
2、板式换热器
1)夹套式换热器
夹套式换热器式最简单的板式换热器,它是在容器外壁安装夹套制成,夹套与容器之间形成的空间为加热介质或冷却介质的通路。这种换热器主要用于反应过程的加热 ;或冷却。在用蒸汽进行加热时,蒸汽由上部接管进入夹套,冷凝水由下部接管流出。作为冷却器时,冷却介质(如冷却水)由夹套下部接管进入,由上部接管流出。
夹套式换热器结构简单,但其加热面受容器的限制,且传热系数也不高。为提高传热系数,可在器内安装搅拌器,为补充传热面的不足,也可在器内安装蛇管。
2)螺旋板式换热器
螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成,在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央;设有隔板,将螺旋形通道隔开,两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧焊有盖板。冷热流体分别通过两条通道,在器内逆流流动,通过薄板进行换热。
螺旋板式换热器的优点:
1)传热系数高:螺旋流道中的流体由于惯性离心力的作用和定距柱的干扰,在较低的雷诺数(一般Re=1400~1800或更低些)下即达到湍流,并且允许选用较高的流速(对液体为2m/s,气体为20m/s)
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