第三章传热新概述.ppt

* (a) 固定管板式 结构见模型。管子两端与管板的连接方式可用焊接法或胀接法固定。壳体则同管板焊接。从而管束、管板与壳体成为一个不可拆的整体。固定管板式列管换热器常用“膨胀节”结构进行热补偿。即在壳体上焊接一个横断面带圆弧型的钢环。该膨胀节在受到换热器轴向应力时会发生形变，使壳体伸缩，从而减小热应力。但这种补偿方式仍不适用于热、冷流体温差较大（大于70℃）的场合，且因膨胀节是承压薄弱处，壳程流体压强不宜超过6atm。 (b) 浮头式 结构见模型。其特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向自由伸缩。这种结构不但完全消除了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。浮头式换热式应用较为普遍，但结构复杂，造价较高。 (c) U型管式 U型管式换热器每根管子都弯成U型，管子的进出口均安装在同一管板上。封头内用隔板分成两室。这样，管子可以自由伸缩，与壳体无关。这种换热器结构适用于高温和高压场合，其主要不足之处是管内清洗不易，制造困难。 固定管板式 U型管换热器 浮头式换热器 6.2 平板式换热器 板式换热器主要由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。两相邻板片的边缘衬以橡胶或石棉垫片。板片四角有圆孔，形成流体通道。冷、热流体相间地在板片两侧流过，通过板片传热。板片一般压制成各种槽形或波纹形，既提高了板片的刚度，增强流体的扰流，也增加了传热面积和使流体在传热面上分布均匀。 板式换热器的组装流程如图（a）所示。由图可见，引入的流体可并联流入一组板间通道，而组与组间又为串联机构。换热板的结构如图（b）所示。板上的凹凸波纹可增大流体的湍流程度，亦可增加板的刚性。波纹的形式有多种，图（b）所示的是人字形波纹板。 板式换热器的优点是： ① 传热系数高：因板面上有波纹，在低雷诺数（Re=200左右）下即可达到湍流，而且板片厚度又小，故传热系数大。 ②结构紧凑：一般板间距为4～6mm，单位体积设备可提供的传热面积为250～1000m2/m3（列管换热器只有40～150m2/m3）。 ③具有可拆结构：可根据需要，用调节板片数目的方法增减传热面积。故检修、清洗都比较方便。 板式换热器的主要缺点是： ①操作压强和温度不太高：压强过高容易泄漏，操作压强不宜超过20atm。操作温度受垫片材料耐热性能限制，一般不超过250℃。 ②处理量小。 第七节 列管式换热器选用计算中有关问题 （1）流体通道的选择 ①　不清洁和易结垢的流体——管内（管程）。　 ②　腐蚀性的宜走管程，以免壳体同时腐蚀。　 ③　压力高（低温或高温）的宜走管程，以免壳体受压。　　 ④　膜系数小的流体宜走管程——多管程以增加流速。 ⑤　饱和蒸汽宜走壳程；被冷却的流体走壳程，便于散热。 ⑥　粘度大的液体宜走壳程——挡板——增大湍动程度。 　　 主要矛盾：压强、腐蚀性及清洁要求。 （2）流速选择 换热器中流体流速的增加，可使对流传热系数增加，有利于减少污垢在管子表面沉积的可能性，即降低污垢热阻，使总传热系数增大。然而流速的增加又使流体流动阻力增大，动力消耗增大。因此，适宜的流体流速需通过技术经济核算来确定。充分利用系统动力设备的允许压降来提高流速是换热器设计的一个重要原则。在选择流体流速时，除了经济核算以外，还应考虑换热器结构上的要求。 表中给出工业上的常用流速范围。除此之外，还可按照液体的粘度选择流速，按材料选择容许流速以及按照液体的易燃、易爆程度选择安全允许流速。 （3）换热管规格和排列方式 小直径管子能使单位体积的传热面积大，因而在同样体积内可布置更多的传热面。或者说，当传热面积一定时，采用小管径可使管子长度缩短，增强传热，易于清洗。但是减小管径将使流动阻力增加，容易积垢。对于不清洁、易结垢或粘度较大的流体，宜采用较大的管径。因此，管径的选择要视所用材料和操作条件而定，总的趋向是采用小直径管子。 管长的选择是以合理使用管材和清洗方便为原则。国产管材的长度一般为6m，因此管壳式换热器系列标准中换热管的长度分为1.5、2、3或6m几种，常用3m或6m的规格。长管不易清洗，且易弯曲。此外，管长L与壳体D的比例应适当，一般L/D=4～6。 管子的排列方式有等边三角形、正方形直列和正方形错列三种。等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，对流传热系数大；正方形直列比较松散，对流传热系数较三角形排列时低，但