不锈钢蒸汽换热器的翅片选择
蒸汽换热器又叫空气换热器是干燥设备最重要的辅助设备。干燥技术涉及化工、制药、轻工、食品加工、木材、矿物等行业，干燥设备处理的物料多种多样，空气换热器要满足各种干燥物料对热风的要求。干燥加工是一项能耗很大的操作，降低能源消耗的最基本方法就是选择一套高效的换热装置，如何经济地选择空气换热器具有重要的意义。
蒸汽换热器是间接换热设备，由多根散热排管组成。用蒸汽做热介质时，管内通蒸汽，管外翅片间走空气。由于翅片的材料及翅片的缠绕形式不同，已有许多规格，并已系列化。电加热器具有结构简单、机械强度高、热效率高、安全可靠、安装简便、易实现温控自动化的特点。
翅片管蒸汽换热器的间距与片高主要是影响着翅化比，翅化比和管内外介质的膜传热系数有很大的关系。如果管内外膜传热系数差异较大，应选择翅化比比较大的翅片管，如蒸汽加热空气。当一侧介质存在相变的情况下，传热系数的差异会较大，如冷热空气的交换，当热空气降低到露点以下，可以采用翅片管蒸汽换热器。在无相变的空气与空气的换热情况下，或者水与水的热交换，通常以裸管比较适合。当然也可以采用低翅片管，因为此时属于弱给热系数，强化其中的任意一侧都是具有一定的效果的。不过，过大的翅化比作用并不明显，最好的管内外接触面积同时强化，可以采用螺纹管或槽纹管。
蒸汽换热器翅片的片距主要是考虑积灰，结尘，易清洗等因素，同时需严格符合设备对压力降等要求。排列时，管与管之间的间距不易过大，一般＞1mm以上适合布管即可。在换热的过程中，空气在流经翅片管蒸汽换热器时，主要是翅片正反二个面参与换热。二支翅片管中间部位只有少量的辐射传热，换热效果不明显。此部位由于无翅片，无阻力，空气容易穿透。在空气加热的过程中，未经换热的冷空气会与从翅片中间穿过的已加热热空气形成中和，反而降低了换热的效果，对比国外的翅片管蒸汽换热器，管间距仅比翅片外径大0.5mm,可见翅片管排列时，管间距的重要性。
翅片管蒸汽换热器的管排列应尽量按正三角形交叉排列。经过第一排时的热风，在第二排遭遇阻力，有一定的回弹风，这样整个翅片管360°换热就不存在死角的现象。所以，应该避免等腰三角形排列，尽量不使用正方形排列，除非有特殊的要求。
空气侧的压降在设计中是个非常重要的参数，这和翅片管的排列有很大的关系，翅片管排列设计时应计算窄隙流通面与迎风面的比值，从而根据迎面风速计算出空气质量流速，在对于不同温度空气的动力黏度，求出摩擦系数。
不锈钢蒸汽换热器是以不锈钢材质整体打造的翅片换热器，可分全不锈钢和部分不锈钢两种，因不锈钢成本高（差不多是普通钢制的三倍），所以在有需要的部位换成不锈钢可大大节省成本费用，相比全不
锈钢而言性价比高。那么在冷却空气时的蒸汽换热器的设计有哪些要求呢？
1、根据工艺介质的冷凝冷却要求及所建装置的水源，电力情况，进行空冷与水冷的经济比较，以确定使用不锈钢蒸汽换热器的合理性。
2、根据所要求的介质冷却终温，环境条件，确定不锈钢蒸汽换热器的种类（一般是指水冷风）
3、初步估算此工艺操作条件下所需传热面积；选择不锈钢蒸汽换热器的设备结构型号（指用管束尺寸，翅片类型，构架，风机等）
4、根据工艺介质的操作条件及物性，对初选型号进行下列核算：管内膜传热系数及压力降，管外传热系数及压力降，总传热系数，有效平均温差，进而计算所需换热面积。如果初选的面积不足或偏大，调整型号重复计算，直至所选型号满足设计要求，然后再对风机进行核算。
5、根据装置生产特点，综合考虑蒸汽换热器的平竖面布置及调节控制方案。
6、考虑噪声，防凝防冻等方面的问题。
课程设计设计题目：列管式换热器 专业班级：应化1301班 姓名：王伟 学号： U201310289 指导老师：王华军 时间： 2016年8月
目录 1.课程设计任务书 (5) 1.1 设计题目 (5) 1.2 设计任务及操作条件 (5) 1.3 技术参数 (5) 2.设计方案简介 (5) 3.课程设计说明书 (6) 3．1确定设计方案 (6) 3.1.1确定自来水进出口温度 (6) 3.1.2确定换热器类型 (6) 3.1.3流程安排 (7) 3.2确定物性数据 (7) 3．3计算传热系数 (8) 3.3.1热流量 (8) 3.3.2 平均传热温度差 (8) 3.3.3 传热面积 (8) 3.3.4 冷却水用量 (8) 4.工艺结构尺寸 (9) 4.1 管径和管内流速 (9) 4.2 管程数和传热管数 (9)
4.3 传热管排列和分程方法 (9) 4.4 壳体内径 (10) 4.5 折流板 (10) 4.6 接管 (11) 4.6.1 壳程流体进出管时接管 (11) 4.6.2 管程流体进出管时接管 (11) 4.7 壁厚的确定和封头 (12) 4.7.1 壁厚 (12) 4.7.2 椭圆形封头 (12) 4.8 管板 (12) 4.8.1 管板的结构尺寸 (13) 4.8.2 管板尺寸 (13) 5.换热器核算 (13) 5.1热流量衡算 (13) 5.1.1壳程表面传热系数 (13) 5.1.2 管程对流传热系数 (14) 5.1.3 传热系数K (15) 5.1.4 传热面积裕度 (16) 5.2 壁温衡算 (16) 5.3 流动阻力衡算 (17) 5.3.1 管程流动阻力衡算 (17) 5.3.2 壳程流动阻力衡算 (17)
流程布置对翅片管换热器换热 性能影响的研究现状与展望Ξ 姜盈霓1),2) 虎小红1) 1)(武警工程学院) 2)(西安交通大学) 摘 要 综述国内外在流程布置对翅片管换热器换热性能影响方面的研究进展,并针对存在的问题指出今后的研究方向。 关键词 流程布置 翅片管换热器 冷凝器 蒸发器 Prospect and research status of the effect of circuit arrangement on the heat exchanger performance of f inned tube exchanger Jiang Y ingni1),2) Hu Xiaohong2) 1)(Engineering College of Armed Police Force) 2)(Xi’an Jiaotong University) ABSTRACT Introduces the research of of circuit arrangement on the heat exchange performance of finned tube exchanger some advices for the future research in this field. KE Y WOR DS circuit arrangement;finned tube heat exchanger;condenser;evaporator 纵观强化传热的研究文献,可以看到强化传热可以通过提高传热系数、增加传热面积和增大空气侧和制冷剂侧传热温差3种途径来实现。制冷空调中制冷剂以及冷却介质大都呈强制对流换热,因此强化的重点在于单相流体对流换热的强化、凝结与沸腾换热的强化。以往的研究多集中在管内和管外的结构以及寻找更高效、环保的替代制冷剂上,这些研究取得了很好的强化换热效果。在换热强化的第3个措施上(即增大传热温差),研究人员投入的精力并不多。因为通常认为当高、低温介质一定时,传热平均温差就随之而定了。这种观点是片面的,事实上,流程布置对换热性能的影响是不可忽略的。 1 研究流程布置对翅片管换热器换热性能影响的意义 人们早就注意到当高温、低温介质的进口温度一定时,逆流传热比顺流传热有着更大的传热平均温差,因而也具有更大的换热量,叉流的换热量处于这两者之间。这说明换热器流程布置会改变传热温差的分布,会对换热量产生影响。 研究翅片管式换热器流程布置是一项复杂的工作,因为对其造成影响的因素很多,主要有两方面的原因:一是在实际设计中,流程布置的方法几乎有无限多种,很难找到一个可行的方法来描述所有的可能布置形式;二是很难找到一个耗时少且精度高的方法来求解控制方程。通常都希望换热器有一个均匀和高效的换热和流动性能,这就需要采用复杂的流程布置形式,然而复杂的流程布置又会造成传热的不均匀性,这是进行流程布置研究尤其是复杂流程布置研究中应尽量避免的。换热器流程布置不仅仅指换热管的排列方式,还包括换热管组的分叉流动等情况。当制冷剂流量一定时,通路数和分叉与否直接影响制冷剂的流速,从而也会影响换热系数。因此,这里不但涉及到平均温差,而
第一章列管式换热器的设计 1.1概述 列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。 1.2列管换热器型式的选择 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。 为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。 （2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 （3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。 （4）U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，
换热器的研究发展现状及前景 摘要：随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。随着经济的发展，各种不同结构和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。本文主要介绍了现有换热器的分类，各种换热器的特点工作原理及应用情况，对目前换热器的存在问题和发展趋势进行分析。 关键词：换热器；强化换热；研究现状 随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现 1换热器的分类方式 随着科学和生产技术的发展，各种换热器层出不穷，难以对其进行具体、统一的划分。虽然如此，所有的换热器仍可按照它们的一些共同特征来加以区分，具体如下。 按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。 按照制造热交换器的材料来分：金属的、瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。 按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。 按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。
1 介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是：1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m2.℃饱和部分是按照公式K=2093+786V(V是管内流速）含污垢系数0.0003。水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1是管内流速，V2水壳程流速）含污垢系数0.0003 实际运行还少有保守。有余量约10% 冷流体热流体总传热系数K，W/(m2.℃) 水水850～1700 水气体17～280 水有机溶剂280～850 水轻油340～910 水重油60～280 有机溶剂有机溶剂115～340 水水蒸气冷凝1420～4250 气体水蒸气冷凝30～300 水低沸点烃类冷凝455～1140 水沸腾水蒸气冷凝2000～4250 轻油沸腾水蒸气冷凝455～1020 不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。K值通常在 2 800~2200W/m2·℃范围内。列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2·℃。螺旋板式换热器的总传热系数（水—水）通常在1000~2000W/m2·℃范围内。板式换热器的总传热系数（水（汽）—水）通常在3000~5000W/m2·℃范围内。1．流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例) (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100) 下即可达到湍流，以提高对流传热系数。在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2. 流体流速的选择增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。 3. 流体两端温度的确定若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济
国外换热器新进展 【关键词】强化传热,传热元件,壳程设计,新型高效换热器 【摘要】简述了国外近年来换热器的发展概况，介绍了强化传热研究、强化传热元件开发、新型壳程结构设计以及国外推出的各种新型高效换热器的有关情况。 Recent advances on foreign heat exchangers Abstract The recent progress of foreign heat exchangers in lasted years is outlined, research of enhanced heat transfer, development of heat transfer elements and structural design of new type shell side are introduced,and new high-effective heat exchangers abroad are commented. Key words:enhanced heat transfer,heat transfer elements, shell side design,new high-effective heat exchangers 1概述 70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题。 最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，
第一部分列管式换热器选型设计计算 一．列管式换热器设计过程中的常见问题 换热器设计的优劣最终要以是否适用、经济、安全、负荷弹性大、操作可靠、检修清洗方便等为考察原则。当这些原则相互矛盾时，应在首先满足基本要求的情况下再考虑一般原则。 1．流体流动空间的选择原则 （1）不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内清洗比较方便。 （2）腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。（3）压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。 （4）饱和蒸气宜走管间，以便于及时排出冷凝液，且蒸气较洁净，它对清洗无要求。（5）有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少。 （6）被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 （7）粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re（Re>100）下即可达到湍流，可以提高对流传热系数。 （8）对于刚性结构的换热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与α大的流体温度相近，可以减少热应力。 在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾。2．流体流速的选择 根据管内湍流时对流传热系数αi∝u0.8，流速增大，则αi增大，同时污垢热阻R si 减小，利于传热，从而可减少传热面积，节约设备费用；但同时又使压降增大，加大了动力消耗，提高了操作费用。可见应全面分析权衡比较适宜的流速。 （1）所选流速要尽量使流体湍流，有利传热。 （2）所选流速应使管长或程数恰当。管子过长，不便于清洗管内污垢；而管子过短，管程数增加，使结构复杂化，传热温差减少，均会降低传热效果。 （3）粘度大的流体，流速应小些，可按滞流处理。 （4）高密度流体（液体），阻力消耗与传热速率相比一般较小，可适当提高流速。 在我们教材及换热器设计手册中均给了出一些经验数据，以供参考。 3．管子规格及排列情况 （1）管径选择：国内换热器系列标准件中管子规格为Φ25×2.5mm、Φ19×2mm，在再沸器中可采用Φ38×3mm。 （2）管长：以清洗方便和合理使用管材为原则，系列标准件中采用1.5m，2m，3 m和6m四种。 （3）管子排列方法 管子在管板上的排列方法有三种：正三角形，正方形直列和正方形错列（见化工原理下册，天大版，P256，图4-25）。 正三角形排列使用最普遍，在同一管板面积上可以排列较多传热管，管外流体搅动较大，对流传热系数较高，但相应阻力也较大，管间不易清洗；正方形直列便于清洗管外表面，但传热系数较小；正方形错列介于上述两者之间，对流传热系数高于正方形直列。 （4）管中心距t 管子与管板采用胀管法连接t=(1.3-1.5)d o，管子与管板采用焊管法连接t=1.25d o，相邻两管外壁间距不应小于6mm。 4．折流挡板 前面已述常用的有圆缺形和盘环形挡板（见化工原理下册，天大版，P257，图4-27），而又以缺口面积为壳体内截面积25%的圆缺形折板用的最广泛。 折流挡板间距h：h=0.2~1D（壳内径），系列标准件中采用的板间距为：固定管板式有150、300、600mm三种，浮头式有150、200、300、480和600mm五种。 5．流体流动阻力
2.4 列管换热器设计示例 某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30℃，出口温度为40℃。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 1．确定设计方案 （1）选择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度30℃，出口温度40℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。 （2）流动空间及流速的确定 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取u i=0.5m/ｓ。 2．确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为(℃) 管程流体的定性温度为(℃) 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90℃下的有关物性数据如下： 密度ρo=825 kg/m3 定压比热容c po=2.22 kJ/(kg·℃) 导热系数λo=0.140 W/(m·℃) 粘度μo=0.000715 Pa·s 循环冷却水在35℃下的物性数据： 密度ρi=994 kg/m3 定压比热容c pi=4.08 kJ/(kg·℃) 导热系数λi=0.626 W/(m·℃) 粘度μi=0.000725 Pa·s 3．计算总传热系数 （1）热流量 Q o=W o c poΔt o=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW) （2）平均传热温差 (℃) （3）冷却水用量 (kg/h)
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2009年第28卷增刊·338· 化工进展 换热器的研究发展现状 支浩，汤慧萍，朱纪磊 （西北有色金属研究院，陕西西安 710055） 摘要：随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。 换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。随着经济的发展，各种不同结构和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。本文主要介绍了现有换热器的分类，各种换热器的特点工作原理及应用情况，对目前换热器的存在问题和发展趋势进行分析。 关键词：换热器；强化换热；研究现状 随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现[1-4]。 1 换热器的分类方式 随着科学和生产技术的发展，各种换热器层出不穷，难以对其进行具体、统一的划分。虽然如此，所有的换热器仍可按照它们的一些共同特征来加以区分[5-6]，具体如下。 按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。 按照制造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。 按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。 按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。 按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式和板面式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等。 2 管式换热器 管式换热器主要有套管式换热器和管壳式换热器两种。 2.1套管式换热器 套管式换热器是将不同直径的两根管子套成的同心套管作为元件、然后把多个元件加以连接而成的一种换热器，工作时两种流体以纯顺流或纯逆流方式流动。套管式换热器的优点是：结构简单，适用于高温、高压流体，特别是小容量流体的传热。另外，只要做成内管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流体。他的主要缺点是流动阻力大；金属消耗量多；管间接头较多，易发生泄露；而且体积大，占地面积大，故多用于传热面积不大的换热器[5,7]。 2.2管壳式换热器 管壳式换热器又称为列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面，
翅片管换热器基础知识 在换热器中，很多时候传热两侧流体的换热系数大小不平衡，通常我们会在换热系数小的一侧加装翅片。 什么是翅片管？
翅片管，又叫鳍片管或肋片管。顾名思义，翅片管就是在原有的管子表面上（不论外表面还是内表面）加工上了很多翅片，使原有的表面得到扩展，而形成一种独特的传热元件。 为什么要采用翅片管？ 在原有表面上加工上翅片能起到什么作用呢？
翅片管换热器的结构与一般管壳式换热器基本相同，只是用翅片管代替了光管作为传热面。这使得其结构更加紧凑，换热面积增加，可以加强换热。 什么情况时，选用翅片管呢？ 有几个原则： （1）管子两侧的换热系数如果相差很大，则应该在换热系数小的一侧加装翅片。 ?例1：锅炉省煤器，管内走水，管外流烟气，烟气侧应采用翅片。 ?例2：空气冷却器，管内走液体，管外流空气，翅片应加在空气侧。 ?例3：蒸汽发生器，管内是水的沸腾，管外走烟气，翅片应加在烟气侧。 应注意，在设计时，应尽量将换热系数小的一侧放在管外，以便于加装翅片。 （2）如管子两侧的换热系数都很小，为了强化传热，应在两侧同时加装翅片，若结构上有困难，则两侧可都不加翅片。 在这种情况下，若只在一边加翅片，对传热量的增加是不会有明显效果的。
?例1：传统的管式空气预热器，管内走空气，管外走烟气。 因为是气体对气体的换热，两侧的换热系数都很低，管内加翅片又很困难，只好用光管了。 ?例2：热管式空气预热器，虽然仍是烟气加热空气，但因烟气和空气都是在管外流动，故烟气侧和空气侧都可方便地采用翅片管，使传热量大大增加。 （3）如果管子两侧的换热系数都很大，则没有必要采用翅片管。 ?例1：水/水换热器，用热水加热冷水时，两侧换热系数都足够高，就没有必要采用翅片管了。但为了进一步增强传热，可采用螺纹管或波纹管代替光管。 ?例2：发电厂冷凝器，管外是水蒸汽的凝结，管内走水。两侧的换热系数都很高，一般情况下，无需采用翅片管。 翅片管束 1什么是翅片管束？ 由多支翅片管按一定规律排列起来而组成的换热单元叫翅 片管束。一个翅片管换热器可以由一个或多个翅片管束组成。 2翅片管束的结构组成包括？ ?翅片管（多支）：传热的基本元件。 ?管箱（集箱）或管板：连接翅片管两端的箱体，弯管或钢板。 当翅片管与箱体或管板连接以后，翅片管之间的间距也就固定了，同时，管箱使管内的流体形成了连续的流道。
概述 众所周知，换热器是工业传热过程中必不可少的设备，广泛应用于一切业领域中，尤其是化、冶金、动力、交通、航空、航天等部门。近年来，由于新技术发展和能源开发，改进换热器性能越来越受工业界重视。新技术、新工艺在现代工业生产领域中发挥着越米越重要的作用。不断提高产品的技术含量，追求高效节能，最大限度地获取经济效益，己成为企业组织生产所遵循的基本原则。多年来，各工业部门广泛地应用列管式换热器，随着科学技术的发展，特别是上述儿个行业的迅速发展，要求换热设各紧凑、轻巧、高效并小型化，而一般的列管式换热器则不能满足上述要求，这就促使人们去研究高效换热器。其中翅片管换热器是人们研究得最多的一种换热器之一。翅片管是组成各种热交换器的核心元件，其质量的优劣直接影响到热交换器的工作性能。 2、翅片管的研制开发 2.1、材料各种的换热器材料，应根据换热器的用途和操作条件等不同而选择。目前常用的材料有:纯铝、铝合金、铜、黄铜、镍、钦、不锈钢、因康镍合金等。其中以铝和铝合金用的最多。对于翅片管式换热器母材的基本要求是:有较好的钎焊性和成型性，较高的机械强度，良好的耐腐蚀性和导热性。铝及铝合金不仅满足了这些要求，而且具有延性和抗拉强度随温度的降低而提高的特性，所以在世界各国的紧凑式换热器中，特别是在低温的紧凑式换热器中，己经获得了最为广泛的应用: 1),铝的密度小，通过合金化和热处理可以达到结构钢的强度。铝制换热器运用于各类的交通工具中，特别小型的轿车，必将减轻其本身重量，降低燃料的消耗。 2)、铝的抗腐蚀性好。铝制品在恶劣条件下生成的氧化物无毒性。用铝做成的换热器，不用过于担心时间长久之后被空气或管内液休等氧化而
列管式换热器的设计计算 1．流体流径的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换 热器为例) (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。 (5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用 多管程以增大流速。 (7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和 流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。 在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2. 流体流速的选择 增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。 此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准； 单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。 3. 流体两端温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。为了节省水量，可使水的出口温度提高些，但传热面积就需要加大；为了减小传热面积，则要增加水量。两者是相互矛盾的。一般来说，设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃。缺水地区选用较大的温度 差，水源丰富地区选用较小的温度差。 4. 管子的规格和排列方法 选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5mm及φ19×mm两种 规格的管子。 管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。系列标准中也采用这四种管长。此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。 如前所述，管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，如第五节中图4－25所示。等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。 管子在管板上排列的间距(指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法不同而异。通常，胀管法取t=(1.3～1.5)do，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t≥(d+6)。焊接法取t=1.25do。 5. 管程和壳程数的确定当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程流体
我国大型换热器的技术进展换热器性能分析新方法 目前我国国民经济和科学水平都在不断提升，在工业制造领域中换热器设备的应用越来越多，大型换热器的形式逐渐变得多样、结构逐渐复杂，本文主要介绍大型换热器的技术进展和换热器性能分析新方法。换热器也就是热交换器，具有较强的传热措施，在热传输过程中受到的阻力相对较小，传热能力相对较大的特点，在现在节能技术中得到广泛运用，也是合理开发新能源的关键设备，主要应用在石油、化工、医药、钢铁、供热等行业。本文简要介绍了换热器的性能，通过对换热器的性能进行分析，从设计角度介绍了从工艺计算到换热器常规计算，不断的提高换热器的实用性能。 标签：大型换热器；技术进展；性能分析 1 我国大型换热器的技术进展 1.1 大型缠绕管式换热器的技术进展 第一我国国内有效实现了生产多股流缠绕管式换热器的目的并且解决了关于低温甲醇洗领域的技术问题第二缠绕管式换热器的传热以及流动等得到了相关计算软件的计算，并且其准确性得到了相应的验证第三国内石化镇海炼化分公司月韵口氢裂化装置高压缠绕管式换热器制造了出来并且还得到了广泛的应用，由此可以看出其组装技术以及检测技术水平均得到了明显提高另外大型换热器的出现有效减少了高压换热器与加热炉的数量，从而有效缓解了国内资源紧张的问题第四实现了对低温甲醇洗原料气冷却流程的创新目的虽然可以对其原来的复杂结构进行简化但是该设备体型加大因此不利于综合经济效益的有效提高因此对低温甲醇洗装置进行了调整与创新不仅有效提高了其传热性能而且还有效满足了生产工艺的要求；第五对大型缠绕管式换热器的原材料进行创新并且对奥氏体焊接技术也进行了创新从而有效提高了该器械的稳定性能。 1.2 换热器的技术进展 1.2.1 计算流体力学（CFD）的发展 传热技术的最新动向是最初引人的关于热流体分析方面的计算机利用技术，由于计算机及其软件两方面的迅速发展，对于流体复杂现象的模拟仿真定量成为可能。最近，关于热流体分析进展已经应用于自然对流、剥离流、振动流、热流传导的直接模拟仿真，分子水平的传热机理、燃烧、辐射传热、多相流、稠液流等等方面，今后的作用期待在于促进现象的微细机理的理解，以得到换热器内流体流动的画像处理的新方法等。 CFD的大致作用如下：设计的检验和评价；设计模型，设计改进。对于大型装置的设计，在超过以往的经验和实验范围的领域时，所对应的设计必须使用CFD。因为CFD是性能经验和评价的有效方法。今后，最优化设计的工具一CFD
四、列管式换热器得工艺计算 4、1、确定物性参数: 定性温度:可取流体进口温度得平均值 壳程油得定性温度为 T=(140+40)/2=90℃ 管程流体得定性温度为 t=(30+40)/2=35℃ 根据定性温度,分别查取壳程与管程流体得有关物性数据煤油在定性温度下得物性数据: ρo=825kg/m3 μo=7、15×10-4Pa?S c po=2、22KJ/(Kg?℃) λo=0、14W/(m?℃) 循环冷却水在35℃下得物性数据: ρi=994kg/m3 C pi=4、08KJ/(kg、℃) λi=0、626W/(m、℃) μi=0、000725Pa、s 4、2、计算总传热系数: 4、2、1、热流量
m o=［(15、8×104)×103］/(300×24)=21944Kg/h Q o=m o c po t o=21944×2、22×(140-40)=4、87×106KJ/h=1353KW 4、2、1、2、平均传热温差 4、2、1、3、冷却水用量 W i=Q o/C piΔt=4、87×106/(4、08×(40-30))=119362 Kg/h 4、2、2、总传热系数K =0、023××× =4759W/(、℃﹚ 壳程传热系数:假设壳程得传热系数 污垢热阻 管壁得导热系数λ=45W/﹙m、℃﹚ 则总传热系数K为:
4、3、计算传热面积 S’=Q/(KΔt)= (1353×103)/(310×39)=111、9m2 考虑15%得面积裕度,S=1、15×S’=128、7 m2 4、4、工艺结构尺寸 4、4、1、管径与管内流速 选用φ25×2、5传热管(碳钢),取管内流速μi=1m/s 4、4、2、管程数与传热管数 依据传热管内径与流速确定单程传热管数 =(119362/(994×3600) 0、785×0、022×1 =106、2≈107根 按单程管计算,所需得传热管长度为 =128、7/(3、14×0、025×107)=15、32m 按单程管设计,传热管过长,宜采用多管程结构。现取传热管长L=6m,则该换热管程数为
空气水热交换器实验指导说明书 同济大学热能实验室 陈德珍
2000年1 月 第一部分空冷器实验台系统说明 本实验台是上海交通大学开发、针对换热器课程的教学要求而设计的科教产品。所用的换热器为一较小的间壁式换热器，空气—水作为介质，实验台由独立的风源，热水源，温度控制器等组合而成，有较大的灵活性，以后还可发展冷却塔性能试验。 一、实验台组成、系统、设备及仪表 实验台系统的简图见图1，主要由风源、热水源、可控硅温度控制器组成。且各自独立，有较大的灵活性。主要性能： 1. 风源：风机：电机：400w，三相380v 风量：800m3/h 风压：60mmH2O 出风口尺寸：200× 135mm 吸风口配二只可叠套的橡胶收缩风口，测速段处直径分别为 D 1=120mm及D2=60mm, 2. 热水源：水箱尺寸：445× 245×575mm 水泵：电机：120W 单相220v 流量：h 压头：12mH2O 加热器：3KW 220V 3 只转子流量计：LZB-25 60-600L/h 3. 可控硅温度控制器：TA-092 PID 调节仪ZK-03 三相可控硅电压调整器最大输出功率10KW 铂电阻温度传感器BA 2 0~100 ℃ 可控硅3CT 20A/1000V 电源：三相380V 4. 试验用换热器 实验所用的间壁式换热器为一较紧凑的翅片管式散热器，由铜管束套带皱折的铝整体翅片构成，见图2。 主要参数： 管束：紫铜管管径：d0=10mm d 1=8mm 节距横向：s1=45mm 纵向：s2=13mm 翅片：铝制、皱折、整片片厚：δ= 片节距：t= 试件总体尺寸：水侧：横向管数：n=3 纵 向管排数：n=8 总管数：n=n× n=24 水通道并联管子 数：即n=3 管子总长度：L=a× n=× 24= 通道面积： F w=n×π×d1× d1/4 -4 =×10-4 ㎡气侧：通道尺寸： a=200mm b=130mm h=116mm 翅片数：m=76 通风面积：Fa=a× b= 传热总面积：
蒸汽换热器换热效果与翅片管因素有关 蒸汽换热器是由散热翅片管和多孔板外框组成的联合机组，换热效果主要取决于翅片管的材质、片距、片高、片厚等因素，要想提高换热器的换热效率，翅片结构的优化是主要方向。以下我们就从这四个方面详细了解。 一、材质。选取原则：换热管内介质对换热管的影响主要体现这几个方面：腐蚀，压力，温度，结垢，导热性能，性价比。以满足工艺要求、不会产生不良后果、传热性能好、取材方便等为选取原则。 二、片距、片厚和片高这3个数据是相辅相成的，总体影响直接翅化比的大小。翅化比并不是越大越好，需计算管内外对流系数的差异，差异大的可以采用高翅化比的翅片，差异小的应采用低翅化比的翅片，无差异的不需做翅片，如无相变状态的水-水热交换，气-气热交换。 三、片厚。片厚对翅片管的强度有非常大的关系，主要考虑的是腐蚀，摩擦损失，抗清洗冲刷能力，对换热效果的影响不大。所以在满足一定强度的情况下，片厚应尽量薄，减少有色金属的消耗，以设计制造出更经济的蒸汽换热器。 四、片高。热量的传递是由翅片根部向顶端，越接近根部的地方温度越高，随着热量被逐步置换，传递温度也随之下降，考虑翅片顶端的地方温度是最低的。由此可见，温度的传递是呈现一定的梯度的，也就是说，有一个翅片效率的问题，并不是翅片越高越好。当翅片效率太低
时，金属消耗增加，性价比不合理，一般不采用。目前国内外最常用的高翅片通常用于空气冷却器上的钢铝复合翅片管，其规格为 25*2.5-57/2.3/0.3，单位换热面积1.785平方/米，翅化比22.74 。 蒸汽换热器，就是用蒸汽做换热介质加热空气，结构由多孔板外框和散热排管组成的联合机组，也是我们常见的翅片管蒸汽换热器，采用基管绕翅片的换热器为换热装置，基管内通蒸汽，以热传导、热辐射和强制对流的方式加热周围空气，多用于车间、厂房、工矿企业、烘干房等的采暖烘干。 蒸汽换执器，通常方式是高温蒸汽通过汽水混合器与水进行高速混合加热，加热设备有浸没式和管道式的两种，可根据使用现成进行选择。其结构主要由壳体、芯体、法兰和接管组成，芯体上布满细小斜孔，蒸汽从斜孔内高速喷入壳体内，对周围的冷水产生强烈的引射作用，冷水通过蒸汽加热器外壁上的斜向小孔进入与蒸汽高速混合换热，进行全热交换，从而加热整个水箱中的水。 通常情况下，翅片管蒸汽换热器的间距与片高主要是影响着翅化比，翅化比和管内外介质的膜传热系数有很大的关系。如果管内外膜传热系数差异较大，应选择翅化比比较大的翅片管，如蒸汽加热空气。当一侧介质存在相变的情况下，传热系数的差异会较大，如冷热空气的交换，当热空气降低到露点以下，可以采用翅片管蒸汽换热器。在无相变的空气与空气的换热情况下，或者水与水的热交换，通常以裸管比较适
换热器介绍及热效率的简单计算 一、换热器的基本概念换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称换热器。 间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。 回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。 2、换热器的分类 螺旋板式换热器波纹管换热器列管式换热器板式换热器螺旋板换热器管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热器翅片管换热器 管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器1、浮头式换热器特点 2、浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受 热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。浮头式换热器的特点 浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。 三种类型换热器简介 螺旋板式板式交叉流换热器 管壳式 壳管式套管式)
蓄热式 混合式间壁式 板翅式管翅式管束式 浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。 3、固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200) 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。 4、翅片管换热器（冷却器）(4E-202,4E-100,4E-501, 4E-204) 凡在换热管上加装翅片,以达到增加散热面积的冷热交换器，均可归纳为“翅片管散热器”，也叫热管式换热器。 翅片管散热器按翅片的结构形式可分为绕片式；串片式；焊片式；轧片式。常用的材料为钢；不锈钢；铜；铝等。 翅片管散热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面积大等特点。 二、换热器的简单计算 换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算 (1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积