换热器的结构及操作.pdf

第五章传热设备

概述

在化工生产中，为了保证化学反应的顺利进行，使化学反应维持在一定温度和压力下进

行。有时需要加热，有时需要冷却。因此合理而有效地进行传热是化工生产中十分重要的基

本操作之一。

1.传热的基本方式

根据传热机理的不同，热传递有三种基本方式：热传导、对流传热和辐射传热。

热传导:是依靠物体内分子的相互碰撞进行的热量传递过程。

对流传热:流体内部质点发生宏观相对位移而引起的热量传递过程，对流传热只能发生在液

体或气体流动的场合。

辐射传热:热量以电磁波的形式在空间的传递称为热辐射。热辐射与热传导和对流传热

的最大区别就在于它可以在完全真空的地方传递而无需任何介质。

2.传热过程中冷热流体(接触)热交换方式

传热过程中冷热流体(接触)热交换可分为三种基本方式，直接混合式换热，间壁式换热，

蓄热式换热三种。

1)直接混合式换热：冷、热流体直接接触，相互混合传递热量。该类型换热器结构简

单，传热效率高，适用于冷、热流体允许混合的场合。

2)蓄热式换热：蓄热式换热是在蓄热器中实现热交换的一种换热方式。此类换热器是

借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，

从热流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温

度下降，从而达到换热的目的。

3)间壁式换热：冷、热流体被固体壁面(传热面)所隔开，互不接触，它们在壁面两侧

流动，热量由热流体通过壁面传给冷流体。适用于冷、热流体不允许混合的场合。

第一节换热器

换热器：能实现冷热流体之间热量交换的装置。

1.换热器的分类

1.1按传热面结构分：

1)管式换热器

可分为列管式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、喷淋式换热器、翅片管式换热器；

2)板式换热器

可分为平板式换热器、翅片板式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器；

1.2按用途分：

1)预热器：用于预热物料；

2)加热器：用于流体，产品的加热；

3)冷却器：用于流体的冷却；

4)冷凝器：用于流体、蒸汽的冷凝，分馏过程的馏分回收或产生真空；

5)再沸器：用于被精馏物料的加热、汽化；

1.3按传热方式分:

直接混合式换热器，间壁式换热器，蓄热式换热器三种。其中间壁式换热器在化工生产

中应用最广。

2.间壁式换热器

固定管板式换热器

列管式换热器U形管式换热器

浮头式换热器

套管式换热器

沉浸式蛇管换热器

蛇管式换热器

间

壁喷淋式蛇管换热器

式螺旋板式换热器

换

热

器翅片管式换热

夹套式换热器

板式换热器

板翅式换热器

2.1列管式换热器

列管式换热器是目前生产上应用最广的一种换热设备。它主要由壳体、换热管、封头、

管板、折流挡板等部件组成。列管式换热器的主要优点是单位体积所具有的传热面积大以及

传热效果好。此外，结构简单，制造材料的范围较广，操作弹性较大等，因此，在高温高压

和大型装置上多采用列管式换热器。

2.1.1列管式换热器的基本型式:

1)固定管板式

其结构特点是两块管板分别焊接于壳体的两端，管束两端焊接或胀接在管板上，封头用

螺栓与管板相连，封头与管板之间的空间构成流体的分配室。为了提高壳内流体的流速，通

常在壳体内安装一定数量与管束垂直的折流挡板。常用的挡板形式有圆缺形(又称弓形)和盘

环形两种(见图)。由于管板与壳体、管子都焊在一起，位置完全固定不变，故称为固定管板

式。整个换热器分为两部分：换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程；换热管外的通

道及与其相贯通处称为壳程。若管流体一次通过管程，称为单管程。流体在管内依次往返多

次，则称为多管程。常采用二管程和四管程(见图)。

固定管板式换热器的优点是结构简单、紧凑。每根换热管都可以进行更换，且管内清洗

方便。其缺点是壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温差较大时，需在壳体上设置膨

胀节，因而壳程压力受