第三单元静设备课题二换热器分课题一换热器的分类及性能特点 一、换热器的分类（三）按换热器传热面形状和结构分类
（1）管式换热器管式换热器通过管子壁面进行传热，按传热管的结构不同，可分为列管式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器和翅片管式
换热器等几种，管式换热器应用最广。（2）板式换热器是通过板面进行传热，按传热板的结构形式，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器
、板翅式换热器等几种。（3）特殊型式换热器这类换热器是指根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器，如回转式换热器、热管换
热器、同流式换热器等。（四）按换热器所用材料分类（1）金属材料换热器金属材料换热器是由金属材料制成，常用金属材料有碳钢、合
金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。由于金属材料的热导率较大，故该类换热器的传热效率较高，生产中用到的主要是金属材料换热器
。（2）非金属材料换热器?非金属材料换热器由非金属材料制成，常用非金屑材料有石墨、玻璃、塑料以及陶瓷等。该类换热器主要用于具有
腐蚀性的物料由于非金属材料的热导率较小，所以其传热效率较低。二、换热器的性能特点（一）管式换热器（1）列管换热器①固定
管板式换热器②浮头式换热器③U形管式换热器④填料函式换热器⑤釜式换热器（2）套管换热器（3）蛇管换热器
①沉浸式蛇管换热器②喷淋式蛇管换热器（4）翅片管换热器（二）板式换热器（1）夹套换热器（2）平板式换热器
（3）螺旋板式换热器（4）板翅式换热器（5）热板式换热器（三）热管换热器分课题二列管换热器的结构及选择一、列管换热
器的结构（一）壳体（二）换热管（1）换热管的形式（2）换热管材料（3）换热管规格、管间距和换热管的布置（3）换热管规
格、管间距和换热管的布置①管子的规格包括管径和管长。②管间距③换热管的布置（三）管板（1）固定管板式换热器管板结
构（2）浮头式、U形管、填料函式换热器管板浮头式的活动管板即为一开孔圆平板；而U形管式只有一块固定管板，没有活动管板。填
料函式的活动管板通常为一开孔圆平板加上短节圆筒形壳体。而三者的固定管板一般不兼作法兰，不受法兰力矩的作用，且与壳体采用可拆连接方式
。其结构形式与壳体的连接见图3-2-20。（3）管子在管板上的连接①强度胀接②强度焊接强度焊接是指保证换热管与管板连
接密封性和抗拉脱强度的焊接。其特点是制造加工简单，连接处强度高，但不适应于有较大振动和容易产生间隙腐蚀的场合。强度焊接管孔结构见图
3-2-22。③胀焊结合（4）管板的强度①开孔对管板的削弱。②管板周边支承形式的影响。③温差的影响。④管板
强度理论简介（四）管箱、折流板，挡板（1）管箱（2）折流板与支撑板（3）挡板（3）挡板（五）温差补偿装置
在固定管板式换热器中，管束与壳体是刚性连接的。当管程流体温度较高而壳程流体温度较低时，管束的壁温高于壳体的壁温，管束的伸长要大于壳
体的伸长，使得壳体受拉而管束受压，在壳壁上和管壁上产生了应力。这个应力是由于管壁与壳壁的温度差引起的，称为温差应力或热应力。当管程
流体温度较低而壳程流体温度较高时，则壳体受压而管束受拉。二、流体通过换热器的流动阻力(压力降)的计算（1）管程流动阻力的计算
（2）壳程阻力的计算三、列管式换热器选型（一）列管式换热器选型时应考虑的问题（1）流动空间的选择①不洁净或易结垢的
流体宜走管程，因为管程清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管子和壳体同时被腐蚀，且管子便于维修和更换；③压力高的流体宜走管程
，以免壳体受压，以节省壳体金属消耗量；④被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果；⑤高温加热剂与低温冷却剂宜走管程，以减少
设备的热量或冷量的损失；⑥有相变的流体宜走壳程，如冷凝传热过程，管壁面附着的冷凝液厚度即传热膜的厚度，让蒸汽走壳程有利于及时排除
冷凝液，从而提高冷凝传热膜系数。⑦有毒害的流体宜走管程，以减少泄漏量；⑧粘度大的液体或流量小的流体宜走壳程，因流体在有折流挡板
的壳程中流动，流速与流向不断改变，在低Re>100的情况下即可达到湍流，以提高传热效果；⑨若两流体温差较大时，对流传热系数较大的
流体宜走壳程。因管壁温接近于α较大的流体，以减小管子与壳体的温差，从而减小温差应力。（2）流速的选择（3）加热剂(或冷却剂)
进、出口温度的确定方法通常，被加热(或冷却)流体进、出换热器的温度由工艺条件决定，但对加热剂（或冷却剂）而言，进、出口温度则需视
具体情况而定。（4）列管类型的选择对热、冷流体的温差在50℃以内时，不需要热补偿，可选用结构简单、价格低廉且易清洗的固定管板
式换热器。当热、冷流体的温差超过50℃时，需要考虑热补偿。当温差校正系数小于0.8的前提下若管程流体较为洁净时，宜选用价格相对便宜
的U形管式换热器，反之，应选用浮头式换热能。（5）单程与多程前已述及，在列管式换热器中存在单程与多程结构(管程与壳程)。当温
差校正系数小于0.8时，则不能采用包括U形管式、浮头式在内的多程结构，宜采用几台固定管板式换热器串联或并联操作。（二）列管式换
热器选型的步骤（1）根据换热任务，确定两流体的流量，进出口温度，操作压力，物性数据等。（2）确定换热器的结构形式，确定流体在换
热器内的流动空间。（3）计算热负荷，计算平均温度差，选取总传热系数，并根据传热基本方程初步算出传热面积，以此作为选择换热器型号的
依据，并确定初选换热器的实际换热面积S实，以及在S实下所需的传热系数K需。（4）压力降校核。根据初选设备的情况，计算管、壳程流体
的压力差是否合理。若压力降不符合要求，则需重新选择其他型号的换热器，直至压力降满足要求。（5）核算总传热系数。计算换热器管、壳程
的流体的传热膜系数，确定污垢热阻，再计算总传热系数K计，（6）计算传热面积S需，再与换热器的实际换热面积S实比较，若S实/S需在
1.1～1.25之间（也可以用K计/K需），则认为合理，否则需另选K选，重复上述计算步骤，直至符合要求。（三）列管式换热器的型号
与规格（1）基本参数列管换热器的基本参数主要有：①公称换热面积SN；②公称直径DN；③公称压力pN；④换热管规格；⑤换热管长
度L；⑥管子数量n；⑦管程数Np；等等。（2）型号表示方法分课题三传热过程的强化及换热器运行一、传热过程的强化途径（
一）增大传热面积①翅化面(肋化面)②异形表面③多孔物质结构将细小的金属颗粒烧结或涂敷于传热表面或填充于传热表面间，
以实现扩大传热面积的目的。表面烧结法制成的多孔层厚度一般为0.25～lmm，空隙率为50％～65％，孔径为1～150／μm。这种多
孔表面，不仅增大了传热面积，而且还改善了换热状况，对于沸腾传热过程的强化特别有效。④采用小直径管在管式换热器设计中，减少管
子直径，可增加单位体积的传热面积，这是因为管径减小，可以在相同体积内布置更多的传热面，使换热器的结构更为紧凑。（2）增大平均温
度差增大平均温度差，可以提高换热器的传热效率。平均温度差的大小主要取决于两流体的温度条件和两流体在换热器中的流动形式。一般来说，
物料的温度由生产工艺来决定，不能随意变动，而加热介质或冷却介质的温度由于所选介质不同，可以有很大的差异。例如，在化工中常用的加热介
质是饱和水蒸气，若提高蒸汽的压力就可以提高蒸汽的温度，从而提高平均温度差。但需指出的是，提高介质的温度必须考虑到技术上的可行性和经
济上的合理性。另外，采用逆流操作或增加管壳式换热器的壳程数使厶(增大，均可得到较大的平均温度差。（3）增大总传热系数二、换热器
的操作（一）换热器的正常使用（1）投产前应检查压力表、温度计、液位计以及有关阀门是否齐全好用。（2）输进蒸汽前先打开冷凝水排
放阀门，排除积水和污垢；打开放空阀，排除空气和其他不凝性气体。（3）换热器投产时，要先通入冷流体，缓慢或数次通入热流体，做到先预
热后加热，切忌骤冷骤热，以免换热器受到损坏，影响其使用寿命。（4）进入换热器的冷热流体如果含有大颗粒固体杂质和纤维质，一定要提前
过滤和清除(特别是对板式换热器)，防止堵塞通道。（5）经常检查两种流体的进出口温度和压力，发现温度、压力超出正常范围或有超出正常
范围的趋势时，要立即查出原因，采取措施，使之恢复正常。（6）定期分析流体的成分，以确定有无内漏，以便及时处理；对列管换热器进行堵
管或换管，对板式换热器修补或更换板片。（7）定期检查换热器有无渗漏、外壳有无变形以及有无振动，若有应及时处理。（8）定期排放不
凝性气体和冷凝液，定期进行清洗。（二）具体操作要点（1）蒸汽加热（2）热水加热（3）烟道气加热（4）导热油加热
（5）水和空气冷却（6）冷冻盐水冷却（7）冷凝(三)?换热器的维护和保养（1）管式换热器的常见故障与维修方法
①保持设备外部整洁、保温层和油漆完好。②保持压力表、温度计、安全阀和液位计等仪表和附件的齐全、灵敏和准确。③发现阀门和法兰
连接处渗漏时，应及时处理。④开停换热器时，不要将阀门开得太猛，否则容易造成管子和壳体受到冲击，以及局部骤然胀缩，产生热应力，使
局部焊缝开裂或管子连接口松弛。⑤尽可能减少换热器的开停次数，停止使用时，应将换热器内的液体清洗放净，防止冻裂和腐蚀。⑥定期测量换热器的壳体厚度，一般两年一次。（2）板式换热器的维护和保养①保持设备整洁、油漆完好，紧固螺栓的螺纹部分应涂防锈油并加外罩，防止生锈和粘结灰尘。②保持压力表、温度计灵敏、准确、阀门和法兰无渗漏。③定期清理和切换过滤器，预防换热器堵塞。④组装板式换热器时，螺栓的拧紧要对称进行，松紧适宜。（3）换热器的清洗①化学清洗(酸洗法)②机械清洗③高压水清洗 |
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