摘要：随着我国城市化进程加速，城市中不良建筑综合症和实现绿色建筑和节能建筑的这一对矛盾日益突出，特别在VRV空调系统解决新风量和热回收这两问题上，全热交换器全空气品质概念和热回收节能理念越来越被社会所认可，采纳使用全热交换器作为许多建筑工程项目的首选通风换气设备的工程案例越来越多，在我国正兴起一场关注节能、关注健康的绿色革命。
关键词：全热交换器全空气品质热回收效果设计疑难问题分析
序言：空气作为和人生活最密切的环境因素，已经越来越为人们所重视。不良建筑综合症对人危害最大的是空气污染的危害。不良建筑综合症其成因：城市环境问题、建筑自身的问题、空调问题、人的问题。以上因素造成了城市空气品质低下。在城市职业人群中80%以上的人都处于空调环境的亚健康状态。空调病是影响职业人群健康的最大杀手。
人们针对以上问题，采取了许多方式方法来消除这类现代文明背后的负面因素，加强了城市科学规划、环境整治、气体排放量检测控制、使用新型环保材料、加强室内空气检测、进行室内空气净化、空调风管清洗、强制性通风等一系列措施来消除和抑制不良建筑综合症的发生。在诸多的措施当中，全热交换器的环保和节能双重功效越来越为人们所关注。全热交换器在欧美地区推出使用始于1976年，在我国推广使用始于2003年“非典”时期。我国全热交换器使用经历了一个从进口到国产，再到出口的发展阶段。目前，我国的全热交换器使用已经从大型建筑到房产项目，已经从商用领域开始进入了民用家居生活，也从而引发了我国建筑环保和建筑节能的“绿色革命”。
全热交换器：全热交换器利用机械牵引力将空调室内的污浊空气排出室外（通常称为排风）和将室外的新鲜空气引进室内（通常称为新风），经过热交换芯体时，排风的携带热量以热传递的方式被传递到新风上，产生新风排风置换过程的热传递，使原本要排走散失的热量随新风回到室内，从而对进入室内的新风进行预冷预热，，使新风以接近室温的状态进入室内，从而实现热回收利用，降低了预设温度环境的空调能耗。全热交换器具有三大功能：一是空气净化功能，二是新风置换功能，三是热回收功能。新型板式热交换器摒弃了以往垂直交叉的热交换模式，采取了逆向对流的热交换形
式；用注塑ABS替代瓦楞纸或瓦楞PVC 来充当风道龙骨，增强了热交换芯体的强度，增加了迎风面的导流功能，增大了风道的面积，结合采用双极复合膜来替代普通热交换膜，实现了热交换器的材料创新，热回收效率达到70% 以上，而且，可以清洗和维护，结束了全热交换器在使用过程中需要定期更换热交换器的历史，实现了热交换效率和使用寿命的技术性突破，实现了全热交换器的经济投资和高回报运行。
全空气品质： GB/T18883-2002《室内空气质量标准》规定：一个人消耗30m3/h的新风量。值得指出的是：空气净化≠新风量。空气净化概念和新风量概念最大的区别点在于空气当中的含氧量有没有得到补充和提高，新
浓度作为室内空气风量包含了含氧量的概念和范畴。人们习惯上把室内CO
2
质量主要检测指标，而忽视了空气中更重要的含氧量。人的呼吸和大脑活动都需要充足的氧气维系，单纯靠空气净化器只能是降低和减少了特定环境空气中的有害成分，但它无法增加特定环境的空气含氧量。全热交换器则是通过引入室外新鲜空气来补充的室内新鲜空气，有效提高室内空气的含氧量。只有实现空调环境室内外之间空气有进有出,有排有送,才能实现室内外空
气的置换,空调环境才能从真正意义上实现全空气品质的目标。只有充足的含氧量，才能满足人们健康生活的需要。新风量直接关系到人的身体健康、生活品质和工作效率。
新型高效板式全热交换器是采用ABS+双极复合膜注塑成型，热交换器是由六边形芯片榫合而成的芯体。新型高效全热交换器具备二重净化功能。第一重净化功能是粗效或中效过滤，通过采用无纺布或活性炭过滤器对进入设备的新风和排风的双向过滤，使进入热交换器前的空气中80%以上的有害物质和浮尘颗粒，被过滤器吸附、过滤、捕捉，净化和提高空气品质，提高热传递效率；第二重净化功能是高效净化功能，它利用双极复合膜的分子筛原理，双极复合膜的孔径要求掌握在0.28μm，对粒径在0.3μm以上的有害气体分子能进行筛选、隔离，仅允许小于0.28μm的水分子、氧分子等有益分子可以透过。由于静置板式全热交换器的热交换器是静置式的，新风和排风各行其道，用双极复合膜来进行两股气流的隔离，所以，两股气流不存在交叉污染，实现了洁净空气量99% 以上的净化效果。
全热交换器在解决新风量方面，弥补了空调系统的缺陷和不足，它一方面引入新风，另一方面排出室内污风，减少了室内空气的污染，形成了空调环境气流的合理循环，完成了空调环境新风排风置换，构建起建筑的呼吸系统，吐故纳新，促使室内空气富有充足的氧气，供人维系生命活动呼吸。全热交换器是建筑的“心肺”，使建筑具备了心肺呼吸功能，实现了绿色建筑的一大进步。
热回收效率：在我国，建筑能耗已经占总能耗的1/3,而空调能耗占建筑能耗的60%，因此，空调环境节能意义重大。关注空调健康的同时，空调节能的矛盾尤其突出。全热交换器既解决空调的通风换气问题，也解决了空调能耗问题，是VRV空调伴侣产品。全热交换器的节能效率，已经被暖通界的同仁所肯定和认同。我们可以通过以下公式理论计算出全热交换器节能经济效果。
换热效率（%）计算公式：
m s(x1-x2)
η=———————×100 %
m min(x1-x3)
x1、x2、x3、----分别代表新风进口、新风出风、排风进口的焓（温度、湿度）值；
m s--------代表送风质量流量；m min----------代表送风和排风中质量流量较小的一个。
以一个建筑面积95000m2的写字楼为例，其中VRV空调系统有效使用面积为41200m2。利用通风设备，空调制冷量配置是260W/m2，按照每小时2次换气计算，有效层高平均为2.8m, 需要230720m3/h的新风量从室外引入室内，按国家标准工况，室内干球温度27℃，湿球温度19℃，室外干球温度35℃，湿球温度24℃，该两种工况下的焓差值为18.089KJ/m3；则冷热源机组每小时需带入室内的热量为18.089KJ/m3*230720 m3
/h=4173494.08KJ/h=1159.3KW；新型全热交换器的热交换效率为70%，则可以少带入1159.3KW*70%=811.51KW的热量；按冷热源机组能效比COP=3.0计
算，折合节约能耗811.51KW/3=270.5KW也就是说，也就是说如果使用普通换气设备，每小时要损失811.5KW的冷量，要多消耗270.5度电能；如果使用全热交换器，每天按8小时使用计算，可以节省2164度电能消耗，一个月暂按工作时间22天计算可以节省47608度电能消耗，按照写字楼电价按1.05元计算,每月节省电费49988.4元,一年按使用空调6个月时间计算，一年节省电费约299930元,节能效果十分明显。
考虑使用全热交换器，还可以减少空调主机容量。计算得知，空调每平方的制冷量配置已经从260W降低到241W，按市场价0.60元/w来计算，购置VRV空调系统主机容量10712KW折合人民币一次性投资6427200元；使用全热交换器，这笔空调设备制冷量配置9929.2KW，初次投资是5957520万元，节省投资469680万元，结合两种方案的设备差价和省电经济效益，可以看出，安装和使用全热交换器，只需二年的时间，就可以全部收回全热交换器的安装使用成本。收回投入成本以后，从第三年开始，每年还可以节省空调系统电费开支近30万元，实现了空调系统经济、高效的新风。
设计疑难问题分析：全热交换器卓越的功效要依托正确的设计施工安装来
实现。下面，我们通过两个比较典型的案例，来分析我们正常遇到的设计安装方面的某些问题，促进全热交换器产品更好服务节能绿色建筑和人类的健康事业。
设计案例一：新风和排风管道都进入目标区域，室内风口分布对等合理，风口大小配置和出风口风速掌握较好,室内新风和排风两股气流形成合理流向，室内室外空气达到等量置换的要求，能实现室内全空气品质的目标，同步实现目标区域的空气置换过程的热回收，是比较理想的全热交换器设计施工方案。
一般来说，我们对写字楼的最小新风量掌握在每人30m3/h，或者设定到按有效空间换气次数2~3次来设定写字楼的新风量标准。主机设备可以采用多点式分区域安装的形式，就以上这一95000m2的写字楼建筑41200 m2的有效使用区域为例，我们按每使用楼层4台设备来分解，共划分124个安装单元来实施安装施工，分别安装了78台2000m3/h风量的全热交换器78台、1600 m3/h风量的全热交换器45台、1000 m3/h风量的全热交换器1台。该工程通过新风井来引进室外新风通过排风井来排出室内污风，在实际设计和安装过程中，我们发现了有5处不合理的地方。
（1）风口配置不合理。楼层高度在h:2.8m的某些细分办公区域配置2000m3/h的全热交换器的室内新风出口的规格为：250*250mm，新风室内出风口数量就2个，排风室内进风口2个。根据计算，该4个风口的风速为4.4m/s。从办公室人的舒适性角度出发，新风出风口风速偏高，排风进风口风速合理，所以，室内新风出风口应该设定在3~4个为宜，把新风出口风速控制在2.5~3m/s以内。除大面积的多功能厅外，一般情况的办公室新风风
速和排风风速按照家居环境的标准来掌握和控制比较合理，如果按照某些大型商用场所的标准来设计，势必引起新风直吹向室内活动的人群，引起人体感觉上的不适。针对既成事实的设计方案，我们建议业主改百叶风口为散流风口，把新风气流向下直吹改变为向四周斜向扩散斜吹，这样，避免了新风气流直吹向人的现象。按照新风排风同等风量的全热交换器的实际机外全压来看，新风出口的正全压要大于排风进口的负全压，因此，我们在条件允许的情况下，一般在设置室内新风口和室内排风口的时候，一般情况是室内新风口数量≥室内排风口数量，以期确保排风效果的实现。办公区域排风口最大风速我们一般控制在4~6m/s范围以内。通常情况下，室内新风出口和室内排风进口采取同等的风速的设计方案比较普遍。
（2）风量调节阀使用。在工程施工过程中，发现了两种极端情况：一种是所有室内风口全部使用了风量调节阀，另一种情况是没有使用风量调节阀。
小型全热交换器由于风量小，全压低，送风距离近，在全热交换器通风换气系统中，没有必要设立使用风量调节阀，合乎实际情理，对整个系统的运行也没有任何影响。
中型吊顶系列、大型系列的全热交换器，由于主机噪音相对较大，全压高
风量大，送风距离远，所以，系统靠近主机近端的支管和主管交结处必须设立风量调节阀，个大支管和主管交结处一方面控制风量，另一方面降低噪音，是系统的各支管的风量更趋均衡，各室内出风口和各室内进风口的风压数值趋向相近，从而促使各支管风量相近。由于主管的风压要比直观的风压大，所以，设立风量调节阀的位置必须是支管和主管的交结处，而不是室内风口的旁边。如果风阀位置设计不当，所起的作用一定大打折扣。在全热交换器系统安装的设计方案上，
应该对中型吊顶以上机型的全热交换器产品使用进行有效地风阀使用和定
位设计。
（3）主机安装错位。具体安装施工过程中，把全热交换器的活动检修门和电器盒靠近了墙壁安装，没有预留检修位置，导致日后设备无法维护和检
修。活动检修口的尺寸应该掌握在500*500mm,所以，设备设计安装过程中，应该充分考虑到检修和维护的需要，所以，在设备安装的过程中，主机设备在条件允许的情况下，最好离墙600mm以上的水平距离安装。要不然，只能把全热交换器调转方向安装。因此，在设计主机位的时候，应对不同厂家的产品的结构状况进行了解和甑别。
（4）新风口和排风口混淆。在我国，采用的离心风机多为离心式送风机，因此，全热交换器四个风口中其中两个能看到的风机的风口，都是往外送风，是出风口；没有看到风机的两个风口，都是进风口。除了有明确的风口标识，如新风入口、新风出口、排风入口、排风出口外，懂的一点小常识，有利于避免一些不必要的安装错误。每台全热交换器设备其中两个风口朝向室外，向室外排出室内污风和引入室外新风；两个风口朝向室内，引入室内污风和送出室内新风。
（5）材料浪费。电源线严重偏大，造成不必要的材料浪费，一般情况下，5～10A电流强度的使用1平方线就足够电流负荷了，10～15A电流强度的使用1.5平方线就行了，15～20A电流强度的使用2平方线就行了，但实际工程中，各建设施工单位往往动不动就采用2平方线，3平方线的电缆线来使用，造成了不必要的电源线材浪费。因此，针对所用设备型号、实际功率大小、电流强度等情况，在设计方案中明确安装控制全热交换器设备运行的电源线材的规格，很有必要。
设计案例二：这是一个不可取的设计方案。
（1）空气置换问题。新风管道进入目标区域，而排风管道分布在走廊上空，只对室内进行送新风，而利用门窗的缝隙、室内正压和走廊负压进行室内外空气置换，由于门窗的缝隙狭小，因此，这种空气置换只能是很少部分的空气置换，达不到目标区域全方位空气置换、全空气品质的要求，目标区域实现不了全面送新风和全面排污风。更有甚者，在大型全热交换器的使用和设计上，室内设立多个新风出风口，而就在走廊上集中设立一个排风口，严重地影响了空气置换气流的合理流向，在局部区域造成了紊流的现象。这种全热交换器安装设计方案，不足取，应该予以回避使用设计。
（2）热回收问题。全热交换器自身不制冷制热，它是利用新风和排风
这两股气流的焓差和自身的热传导性能来实现热回收的目标的，没有两股气流的焓差值，就没有全热交换器的热回收。由于室内和走廊是两个不同区域，如果走廊配置有空调制冷，则全热交换器还勉强可以达到热回收的功效；如果走廊没有配置空调制冷，则设计方案二的室外新风焓值和室内排风焓值几乎相差不远，全热交换器就实现不了热回收的功效。鉴于以上两个因素存在，在工程设计施工过程当中，设计方案一、二相比之下，还是方案一合理性强，方案一能最好地发挥全热交换器的空气置换和热回收功效。
（3）设备不合理。大风量全热交换器是需要定期维护的设备，热交换芯体是设备核心主体。大风量全热交换器的热交换芯体的摩阻大，承受的气流冲击力也很大，所以，对热交换芯体的强度要求也高，传统热交换芯体由于采用普通瓦楞纸来充当热交换芯体的风道骨架，自身强度低，防潮性能差，所以，热交换芯体的强度就差，因此，在实际选择大型全热交换器的时候，要关注热交换芯体的强度情况。
由于大型全热交换器置换风量大，所以，为了确保热交换芯体良好的热传导性能，对使用过程中的全热交换器要定期清洁和维护。除了清洗全热交换器的过滤器以外，还要根据实际使用情况，对热交换芯体进行有效的维护和清洗。由于瓦楞式的热交换芯体是片状交叉叠加粘合而成，所以，无法清洗和维护，建议不足以采用瓦楞式热交换芯体的全热交换器来作为选择大型全热交换器的对象。作为优秀的设计师和负责任的工程施工人员，要对产品有个清楚的认识和极强的鉴别能力才能使服务的对象，我们的全热交换器消费群体使用到优质产品。
结语：全热交换器的健康功效和节能功效概念已经社会和行业所认可，在我国正在兴起了以全热交换器使用为标志的绿色建筑势态，人们关注健康、关注节能的观念与日俱增、与时俱兴。全热交换器的推广、应用和普及是个政府产业引导、行业技术指导、企业产品优化，用户科学使用的综合型社会性节能环保事业。
热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速
换热器基础知识测试题 姓名：分数： 一、填空题（每空1分，共50分） 1、以在（两种流体）之间用来（传递热量）为基本目的的传热设备装置，称为换热器，又叫做（热交换器）。 2、换热器按作用原理和传热方式分类可分为：（直接接触式换热器）、（蓄热式换热器）（间壁式换热器）。 3、、离心式压缩机可用来（压缩）和（输送）化工生产中的多种气体。它具有：处理量大，（体积小），结构简单，（运转平稳），（维修方便）以及气体不受污染等特点。 4、换热器按传热面形状和结构分类可分为：（管式换热器）、（板式换热器）及特殊形式换热器。 5、管壳式换热器特点是圆形的（外壳）中装有（管束）。一种介质流经（换热管）内的通道及其相贯通部分（称为壳程）。它可分为：（浮头式换热器）、（U 型管式换热器）、套管式换热器、（固定管板式换热器）填料函式换热器等。 6、U型管式换热器不同于固定管板式和浮头式，只有一块（管板），换热管作为（U字形）、两端都固定在（同一块管板）上；管板和壳体之间通过（螺栓）固定在一起。 7、（换热管）是管壳式换热器的传热元件，它直接与两种介质（接触），换热管的形状和（尺寸）对传热有很大的影响。 8、写出下列换热管及其在管板上的排列名称分别为： （a）正三角形（b）转角正三角形（c）正方形（d）转角正方形 9、管壳式换热器流体的流程：一种流体走管内称为（管程），另一种流体走管外称为（壳程）。管内流体从换热管一端流向另一端一次，称为（一程）；对U 形管换热器，管内流体从换热管一端经过U形弯曲段流向另一端一次称为（两程）。 10、管板与换热管间的连接方式有（胀接）、（焊接）或二者并用的连接方式。 11、折流板的作用是引导（壳程流体）反复地（改变方向）作错流流动或其他形式的流 动，并可调节（折流板间距）以获得适宜流速，提高（传热效率）。另外，折流板还可起到（支撑管束）的作用。 12、换热器的水压试验压力为最高操作压力的（1.25~1.5）倍。 13、换热器的清洗方法有：（酸洗法）、（机械清洗法）、（高压水冲洗法）、海绵球清洗法。 14、写出下面编号的阀门类型:H（止回阀）、D（蝶阀）、J（截止阀）、A（安全阀）Z（闸阀）、Q（球阀） 15、阀门的密封试验通常为公称压力PN的）（1.1）倍。 二、不定项选择题（每题1分，共10分）
结构设计 管箱设计 参照标准GB151-2014 壳体内径DN=450mm，材料为Q235,许用应力[δ]=125Mpa,壳体厚度δ=8mm，采用卷制。 接管 管程接管：Ф159×8，无缝钢管，材料为10号钢，L=100mm。 壳程接管：Ф219×8，无缝钢管，材料为10号钢，L=100mm。 管板 固定管板材料为Q235 Pg=1.6Mpa，厚度b=40mm。 具体尺寸(:mm) DN D D1 D2 D3 D4 D5 d2 450 565 530 500 447 487 450 18 螺栓规格数量 b f b P s P t M16 24 30 40 0.6 1.0
折流板 选取弓形折流板，上下缺口，材料Q235，缺口高度h=112.5mm，板间距l s =237.5mm, 进出口板间距L s,i =l s,o =260mm，厚度δ=6mm，外径D b=446.5mm，折流板数目9，经 计算换热与结构均符合要求。 拉杆 材料为Q235，选用Ф=16的拉杆4根，具体位置及装配方式见装配图，一端与管板采用螺纹连接，另一端用螺母固定在折流板上。 封头 选用材料为16Mn的椭圆形标准封头，取壁厚8mm。 H=137 h=25 D i =450 分程隔板 选用材料Q235，厚度为8mm,宽450mm，长489mm，一端为和封头形状相同的圆冠，另一端为平面，分程隔板焊于管箱内。 支座(JB-T4712.1-2007） DN450 120包角焊制，单筋，带垫板 L 1 b 1 δ 1 δ 2 b 3 δ 3 弧长 b 4 δ 4 e L 2 420 120 8 8 96 8 540 200 6 48 290
换热器特性与用途及优缺点评析 换热器 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。 英语翻译：heat exchanger 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛：反应釜压力容器冷凝器反应锅螺旋板式换热器波纹管换热器列管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换热机组石墨换热器空气换热器钛换热器换热设备，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价格过于昂贵，不锈钢则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。 换热器在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。 随着经济的发展，各种不同型式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。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （1）合理地实现所规定的工艺条件； （2）结构安全可靠； （3）便于制造、安装、操作和维修； （4）经济上合理。 浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。 浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。 在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。
热交换器设计计算 一、基本参数 管板与管箱法兰、壳程圆筒纸之间的连接方式为e 型 热交换器公称直径DN600，即D i =600mm 换热管规格φ38?2，L 0=3000mm 换热管根数n=92 管箱法兰采用整体非标法兰 管箱法兰/壳体法兰外直径D f =760mm 螺柱孔中心圆直径D b =715mm 壳体法兰密封面尺寸D 4=653mm 二、受压元件材料及数据 以下数据查自GB 150.2—2011； 管板、法兰材料：16Mn 锻件 NB/T 47008—2010 管板设计温度取 10℃ 查表9，在设计温度100℃下管板材料的许用应力： =t r σ][178Mpa （δ≤100mm ） 查表B.13，在设计温度100℃壳体/管箱法兰/管板材料的弹性模量： Mpa 197000 E E E p f f ===’’’ 壳程圆筒材料：Q345R GB 713 壳程圆筒的设计温度为壳程设计温度 查表2，在设计温度100℃下壳程圆筒材料的许用应力： =t c σ][189Mpa （3mm ＜δ≤16mm ） 查表B.13，在设计温度10℃下壳程圆筒材料的弹性模量Mpa 197000E s = 查表B.14在金属温度20℃~80℃范围内，壳程圆筒材料平均线膨胀系数： ℃） （α??=mm /mm 10137.15-s 管程圆筒材料：Q345R GB 713 管程圆筒的设计温度为壳程设计温度 按GB/T 151—2014 中7.4.6.1规定，管箱圆筒材料弹性模量，当管箱法兰采用长颈对焊法兰时，取管箱法兰的材料弹性模量，即Mpa 197000E h = 换热管材料：20号碳素钢管 GB 9948 换热管设计温度取100℃ 查表6，在设计温度100℃下换热管材料的许用应力Mpa 147σ][t t =（δ≤16mm ） 查表B.3，设计温度100℃下换热管材料的屈服强度Mpa 220R t eL =（δ≤16mm ）
间壁式换热器的类型夹套式换热器 发布: 2010-3-17 18:59 | 作者: zhm | 来源: 承压设备博客 一、夹套式换热器 如图所示，为一夹套式换热器。这种换热器结构简单，即在反应器(或容和的外部筒体部分焊接或安装一夹套层，在夹套与器壁之间形成密闭的空间，成为一种流体的通道。 夹套式换热器主要用于反应器的加热或冷却。当蒸气进行加热时，蒸气由上部接管进入夹套，冷凝水由下部接管排出。如用冷却水进行冷却时，则由夹套下部接管进入，而由上部接管流出。由于夹套内部清洗比较困难，故一般用不易产生垢层的水蒸气、冷却水等作为载热体。这种换热器的传热系数较小，传热面又受到容器冷凝液的限制，因此适用于传热量不大的场合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使容器内液体作强制对流。为了弥补传热面积的不足，还可在容器内加设蛇管等。当夹套内通冷却水时，可在夹套内加设挡板，这样既可使冷却水流向一定，又可使流速增大，以提高对流传热系数。 二、蛇管式换热器1.沉浸式蛇管换热器 如图所示，为一沉浸式蛇管换热器。蛇管多以金属管弯绕成窗口器的形状，沉浸在容器中的液体内。两种流体分别在管内、外流动进行热交换。
沉浸式蛇管换热器 这种换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐，能承受高压。其主要缺点是管外对流传热系数较小，因而传热系数K值也较小如在容器内加设搅拌器，则可提高传热系数。2.喷淋式蛇管换热器 喷淋式蛇管换热器 如图所示，它是用水作为喷淋冷却剂，以冷却管内的热流体，故常称为水冷器。冷却水从上面的水槽(或分布管)中淋下，沿蛇管表面下流，与管内的热流体进行热交换。这种设备通常放置在室外空气流通处，冷却水在外部汽化时，可带走部分热量，以提高冷却效果。它与沉浸式蛇管换热器相比，具有便于检修、清洗和传热效果较好等优点；其缺点是占地较大，喷淋不易均匀，耗水量大。 三、套管式换热器
空气预热器的工作原理及其作用 空气预热器是利用烟气余热提高进入炉膛的空气温度的设备。它的工作原理是：受热面的一侧通过烟气、另一侧通过空气，进行热交热，使空气得到加热，提高温度；使烟气排烟温度下降，提高烟气余热的利用程度。 空气预热器有如下作用： 1、改善并强化燃烧当经过预热器后的热空气进入炉内后，加速了燃料的干燥、着火和燃烧过程，保证炉内稳定燃烧，起着改善、强化燃烧的作用。 2、强化传热由于炉内燃烧得到改善和强化，加上进入炉内的热风温度提高，炉内平均温度水平也有提高，从而可强化炉内辐射传热。 3、减小炉内损失，降低排烟温度，提高锅炉热效率。 由于炉内燃烧稳定，辐射热交换的强化，可以降低化学不完全燃烧损失；另一方面，空气预热器利用烟气余热，进一步降低了排烟损失，因此，提高了锅炉热效率。根据经验，当空气在预热器中温度升高1.5℃时，排烟温度可降低1℃。在锅炉烟道中安装空气预热器后，如果能把空气预热150~160℃．就可以降低排烟温度110~120℃，可将锅炉热效率提高7％~7.5％，可节约燃料11%~12%。 4、热空气可以作为燃料的干燥剂。对于层燃炉，有热空气，可以使用水分和灰分较高的燃料；对于电站锅炉，热空气是制粉系统的重要干燥剂和煤粉输送介质。 空气预热器是用于锅炉系统热交换性能提升的一种设备。空气预热器的主要作用是将锅炉排出的烟气中的热量收集起来，并传导给进入锅炉前的空气。空气预热器有三个大类，分别是板式空气预热器、回转式空气预热器和管式空气预热器。 1、板式空气预热器 板式空气预热器的主要传热部件是薄钢板，多个薄钢板一起焊接成长方形的盒子，而后数个盒子拼成一组，板式空气预热器就由2到4个钢板焊接盒子组成。板式空气预热器工作时，烟气会流经盒子的外侧，而空气流经盒子的内侧，通过钢板完成热传导。 板式空气预热器的结构松散而不紧凑，制造需要耗费大量的钢材，因此制造成本较高。板式空气预热器的盒子由焊接方式拼接，焊接工作量大且缝隙较多，容易出现泄漏。板式空气预热器目前已经很少被使用。 2、回转式空气预热器 回转式空气预热器是指内部设有旋转部件，通过旋转的作用在烟气和空气之间传导热能的一种空气预热器。回转式空气预热器还能够分为两个类别，也就是受热面旋转的转子回转式空气预热器，和风道旋转的风道回转式空气预热器。 回转式空气预热器的优点是体积小、重量轻、结构紧凑，传热元件承受磨损的余量大，因此回转式空气预热器特别适合应用于大型锅炉。回转式空气预热器的缺点是内部的机构复杂，消耗电力较大且漏风量较高。 3、管式空气预热器 管式空气预热器的主要传热部件是薄壁钢管。管式空气预热器多呈立方形，钢管彼此之间垂直交错排列，两端焊接在上下管板上。管式空气预热器在管箱内装有中间管板，烟气顺着钢管上下通过预热器，空气则横向通过预热器，完成热量传导。
热交换器原理与设计 题型：填空20％名词解释（包含换热器型号表示法）20％ 简答10％计算（4题）50％ 0 绪论 热交换器：将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) 热交换器的分类：按照热流体与冷流体的流动方向分为：顺流式、逆流式、错流式、混流式 按照传热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式。(2013-2014学年第二学期考题[填空]) 1 热交换器计算的基本原理（计算题） 热容量（W＝Mc）：表示流体的温度每改变1℃时所需的热量 温度效率（P）：冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) 传热有效度（ε）：实际传热量Q与最大可能传热量Q max之比2 管壳式热交换器 管程：流体从管内空间流过的流径。壳程：流体从管外空间流过的流径。 <1-2>型换热器：壳程数为1，管程数为2 卧式和立式管壳式换热器型号表示法（P43）(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) 记：前端管箱型式:A——平盖管箱B——封头管箱
壳体型式:E——单程壳体F——具有纵向隔板的双程壳体H——双分流 后盖结构型式:P——填料函式浮头 S——钩圈式浮头 U——U形管束 管子在管板上的固定：胀管法和焊接法 管子在管板上的排列：等边三角形排列（或称正六边形排列）法、同心圆排列法、正方形排列法，其中等边三角形排列方式是最合理的排列方式。(2013-2014学年第二学期考题[填空]) 管壳式热交换器的基本构造：⑴管板⑵分程隔板⑶纵向隔板、折流板、支持板⑷挡板和旁路挡板⑸防冲板 产生流动阻力的原因：①流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源；②固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。 热交换器中的流动阻力：摩擦阻力和局部阻力 管壳式热交换器的管程阻力：沿程阻力、回弯阻力、进出口连接管阻力 管程、壳程内流体的选择的基本原则：（P74） 管程流过的流体：容积流量小，不清洁、易结垢，压力高，有腐蚀性，高温流体或在低温装置中的低温流体。(2013-2014学年第二学期考题[简答])
浅论换热器及其发展趋势 摘要:换热器是工业部门广泛使用的一种设备。为了适应所需，换热器的类型多而复杂，本文根据作用原理和传热方式主要分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器进行了简要介绍。间壁式换热器仍是应用最广泛的一类换热器，因此以其一列管式换热器为例概括了换热管的现状和相应的换热器的发展进展。 关键词：换热器；换热管；现状；发展 一、换热器介绍 换热器是一种使热量从热流体传递到冷流体的设备，它在许多工业部门被广泛使用，包括化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械等等。其主要功能有两点，一是使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要；二是有效的回收利用预热、废热，特别是低位热能。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用相当广泛，自然的，其类型也相当多，若按照作用原理和传热方式则分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器。 1.1 直接接触式换热器 直接接触式换热器又称混合式换热器， 是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的， 这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的 污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就 有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合 的场合，都可以采用混合式热交换器，例如 气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水 之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等，具体应 用有冷却塔、气压冷凝器、气体洗涤器等。 采用这种换热器，热量能有效地从一种 流体传递到另一种流体，即传热效率高，单 位传热面上能传递的热量多；其结构能适应 所规定的工艺操作，运转安全可靠，密封性 好，清洗、检修方便，流体阻力小。同时价 格便宜，维护容易，可使用时间长。但明显的缺点就是应用范围小，仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。 1.2蓄热式换热器 蓄 热式换热器与回热式换热器相对应，是一种应用历史比较久远的换热装置，回热式换热器中两种流体的换热是通过各个位置的固定边界进行的，在稳定运行时换热器的内的温度只与位置有关，而在蓄热式换热器热量的传递都是动态 的，同时依赖于位置和时间。［1］在蓄热式换热器中，冷、热流体交替地流过同一固体传热面 及其所形成的通道，依靠构成传热面的物体的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体之问的热交换。蓄热式换热器有受热面回转式和风罩回转式两种： 前者是由转子转动使烟气和图1-1直接接触式换热器
一、换热器的结构型式有哪些？ 换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。按结构型式分类如下： 换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。 管式换热器又分为：套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。 板式换热器又分为：夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。 新型材料换热器分为：石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换热器。 其他形式的换热器包括回转式换热器和热管。 二、换热器管为什么会结垢？如何除垢？ 因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管表面，形成水垢。在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。 此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内
沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。 换热器管束除垢的方法主要有下列三种。 一、手工或机械方法 当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。 二、冲洗法 冲洗法有两种。第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。 第二种方法是高压水枪冲洗法。对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200ＭＰa自由调节。利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。高压水枪冲洗换热器效果较好。应用广泛。 三、化学除垢 换热器管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。
热交换器的选型和设计指南 1概述 (2) 2换热器的分类及结构特点。 (2) 3换热器的类型选择 (3) 4无相变物流换热器的选择 (12) 5冷凝器的选择 (14) 6蒸发器的选择 (15) 7换热器的合理压力降 (18) 8工艺条件中温度的选用 (19) 9管壳式换热器接管位置的选取 (19) 10结构参数的选取 (20) 11管壳式换热器的设计要点 (23) 12空冷器的设计要点 (31) 13空冷器设计基础数据 (34)
1概述 本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法2换热器的分类及结构特点。 表2- 1换热器的结构分类
3换热器的类型选择 换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。 因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的 因素是多方面的，主要有： 1）热负荷及流量大小 2）流体的性质 3）温度、压力及允许压降的范围 4）对清洗、维修的要求 5）设备结构、材料、尺寸、重量 6）价格、使用安全性和寿命 在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、 安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。 3.1管壳式换热器 管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到41.5MPa,温度可以从-100 °C以下到1100 °C高温。此外，它还具有容量大、结构简单、造价低廉、清洗方
绪论 1. 2.热交换器的分类： 1）按照材料来分：金属的，陶瓷的，塑料的，是摸的，玻璃的等等 2）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。3）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 4）按照传送热量的方法来分：间壁式，混合式，蓄热式 恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面而进行传递。 过时，把热量储蓄于壁内，壁的温度逐渐升高；而当冷流体流过时，壁面放出热量，壁的温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。 第一章 1.Mc1℃是所需的热量，用W表示。两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比；即热容量越大，流体温度变化越小。 2.W—对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率。 4.顺流和逆流情况下平均温差的区别：在顺流时，不论W1、W2值的大小如何，总有μ＞０，因而在热流体从进口到出口的方向上，两流体间的温差△t总是不断降低；而对于逆流，沿着热流体进口到出口方向上，当W1＜W2时，μ＞０，△t不断降低，当W1＞W2时，μ＜０，△t不断升高。 5.P（定义式P12） 物理意义：流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升比，所以只能小于1。 6.R—冷流体的热容量与热流体的热容量之比。（定义式P12） 7.从φ值的大小可看出某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。除非处于降低壁温的目的，否则最好使φ＞0.9，若φ＜0.75就认为不合理。 （P22 例1.1） 8.所谓Qmax是指一个面积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。 9.实际传热量Q与最大可能传热量Qmaxε表示，即ε=Q/Qmax。意义：以温度形式反映出热、冷流体可用热量被利用的程度。 10.根据ε的定义，它是一个无因次参数，一般小于1。其实用性在与：若已知ε及t1′、t2′时，就可很容易地由Q=εW min(t1′-t2′)确定热交换器的实际传热量。 11.带翅片的管束，在管外侧流过的气体被限制在肋片之间形成各自独立的通道，在垂直于 流动方向上（横向）不能自由运动，也就不可能自身进行混合，
换热器的结构和分类 换热器的分类 按用途分类： 加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器 按冷热流体热量交换方式分类： 混合式、蓄热式和间壁式 主要内容： 1. 根据工艺要求，选择适当的换热器类型； 2. 通过计算选择合适的换热器规格。 间壁式换热器的类型 一、夹套换热器 结构：夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。 优点：结构简单。 缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。也可在釜内安装蛇管。 二、沉浸式蛇管换热器 结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。
三、喷淋式换热器 结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。 优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好 缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。 用途：用于冷却或冷凝管内液体。 四、套管式换热器
结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，目的增加传热面积；冷热流体可以逆流或并流。 优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。 缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。 用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。五、列管式换热器 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。 结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为以下几个型式。 （1）固定管板式 1—列管2—膨胀节 壳体与传热管壁温度之差大于 蚀的介质。
热交换器：在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他钟流体的设备。 根据热交换器在生产中的地位和作用，对其基本要求是： 1、满足工艺过程所提出的要求，热交换强度高，热损失少，在有利的平均温差下工作。 2、要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构，制造简单，装修方便，经济 合理，运行可靠。 3、设备紧凑。 4、保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗。 热交换器的分类： 1、按用途分：预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、等等 2、按制造材料分：（金属材料和非金属材料） 3、按温度状况分：温度工况稳定的热交换器，热流大小及指定区域内的温度不随时间而变 化，温度工况不稳定，传热面上的温度和热流都随时间改变。 4、按热流体与冷流体的流动方向分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。 5、按传送热量的方法分：间壁式、混合式、蓄热式。（最主要的分类方法） 间壁式热交换器： 按传热壁面的形状，间壁式热交换器可分为：管式热交换器、板式热交换器、夹套式热交换器和各种异形传热面组成特殊型式热交换器。 壳管式热交换器 管式热交换器肋片管式热交换器 套管式热交换器 间壁式热交换器：板式热交换器 夹套式热交换器 异型特殊型式热交换器 关于混流，混合流和非混合流的区别： 混流：两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分。 混合流：流体可以在垂直于流动方向自由的混合。 非混合流：流体在垂直于流动方向上不能自由运动，也就是不可能自身进行混合。 传热有效度：是换热器实际传热量Q与最大可能传热量Q max之比。 最大可能传热量：指一个面积为无穷大，且流体流量和进出口温度与实际热交换器的流量和进出口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。（也就是较小热容量的流体达到最大温度变化时的传热量） 传热单元数：传热系数与传热面积的乘积与较小热容量的比值。代表了热交换器传热能力的大小，在一定程度上表征了换热器综合技术经济性能。 管式热交换器类型： 1、沉浸式热交换器：其管子一般是常用直管或螺旋状弯管组成的传热面，将管子沉浸在液 体的容器或池内。可用作液体的预热器和蒸发器，也可用作气体和液体的冷去器或冷凝器。 优点：结构简单，制作维修方便，容易清洗。适用于有腐蚀性的流体。 缺点：传热系数低，体积大，对于工况的改变不够灵敏。 2、喷淋式热交换器：将冷水直接喷淋到管外表面上，使管内的热流体冷去或冷凝。 优点：结构简单，制作和检修方便，便于清除污垢，其换热系数、传热系数一般比沉浸式大，适用于高压流体的冷凝和冷却，也可以冷却有腐蚀性的流体。 缺点：当冷却水过分少时，下部的管子不能被浸润，几乎不参与热交换，容易发生事故。
南京工程学院试卷（1） 1、在以多流程等复杂方式流动的热交换器中，通常先按（ 后乘以考虑因其流动方式不同而引入的修正系数来确定其对数平均温差。 a.纯叉流；b.纯顺流；c.纯逆流。 3、采用空气预热器回收烟气中余热，采用热管式换热器，管子上加翅片，翅片应该（ ） a.（氐而厚 b.高而薄 c 低而薄 二、问答题（本题4小题,每题8分，共32分） 1、对两种流体参与换热的间壁式换热器，其基本流动式有哪几种？说明流动形式对换热器热 力工作性能的影响?（ 8分） 课程所属部门: 考试方式: 开卷 20 /20 学年 第2学期 共5页第1页 能源与动力学院 课程名称：热交换器原理与设计 使用班级: 热能与动力工程（核电站集控运行） 题号 一一一 -二 二 -三 四 五 六 七 八 九 十 总分 得分 、选择题（本题3题,每题3分,共9 分） ）算出对数平均温差，然 2、下图所示的换热器，是（ ）型管壳式换热器。 主管领导批准: 命 题人：张翠珍 教研室主任审核: 本题 得分 a. 2-1 b. 1-2 c 2-2 本题 得分
南京工程学院试卷共5页第2页 2、试述平均温差法（LMTD法）和效能一传热单元数法（&-NTU法）在换热器传热计算中各自的特点？（8分） 3、简述吸液芯热管的工作过程。（8分）
南京工程学院试卷 共5页 第3页 4、对管壳式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？ ⑴清洁与不清洁的；（2）腐蚀性大与小的；⑶温度高与低的；（4）压力大与小的； （5）流 量大与小的；（6）粘度大与小的。 （8分） 1 名 ■ 1 1 i 1 i i i i i 姓 i 号 i i i i i ■ 1 i i i 学 ■级 1 i i i i i i 班 i I 1 i i i i 三、思考题（本题2小题,每题15分，共30 分） 1、在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情况 下加保温层反而会强化其传热然而加肋片反而会削弱其传热？ （ 15分） 2、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时 间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系 数影响较大？为什么？（ 15分）
板式换热器结构部件及其作用 板式换热器，结构紧凑拆装方便，零部件少，通用性高是其他换热器所不能比拟的，只需要增减板片的数量便可容易调节传热能。应用于矿山、石油、冶金、化工、食品、电力、造纸、医药、船舶、集中供热等工业领域。能满足冷却、加热、冷凝、蒸发、消毒、余热回收、酒精、制糖等工艺要求，是一种高效、节能、紧凑、应用广泛的通用型热交换设备 。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。 ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。 ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必
克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/API.Schmidt、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修 及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。 板式换热器结构及部件的作用 1、固定压紧板和活动压紧板一般由碳钢板制成，厚度根据承压能力确定，保证板片密封被均匀夹紧。 2、上导杆：固定在固定压紧板和支柱上，起板片的支撑和定位作用。 3、下导杆：它对板片起定位作用，与上导杆组成板片的定位。 4、夹紧螺栓：均匀布置在压紧板周围，用以夹紧固定和活动压紧板之间的板片。 5、板片：传热元件，根据需要一般由不锈钢制造，板片被压紧后其之间保
热交换器设计 在采用一体化布置的高温气冷堆中，为了使预应力混凝土压力容器体积不致过大，蒸汽发生器应尽量紧凑，严格限制受热面空间布置，并要求其具有较高的功率密度。因此，一体化布置的高温气冷反应堆主要选用直流型多头螺旋管式蒸汽发生器。 本文从实际工程设计出发，对多头螺旋管式蒸汽发生器的设计进行了研究，提出了多头螺旋管束受热面结构的设计方法，推荐了螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式。根据所提出设计方法和螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式对260MW蒸汽发生器进行了设计计算。 由于螺旋管具有占地面积小、传热系数大、结构紧凑、易于清洗、污垢热阻小等优点，不仅在核反应堆，而且在直流锅炉、急冷锅炉、各种石油化工设备中的换热器，热交换器都有相当广泛的应用。因此本文得到的结果不仅适用于高温气冷反应堆的蒸汽发生器，而且适用于各种工业设备中的螺旋管式换热器和螺旋管式热交换器。 - I -
- II - 主要符号表 英 文 字 母 pf c 液体比热，W /kg ℃； D 螺旋直径，m ； c D 中心柱直径，m ； d D 套筒直径，m ； d 管子外径，m ； i d 管子内径，m ； aeff n i F F F ,, 所示的修正系数，无因次； G 质量流速，kg/sm 2； H 管束高度，m ； h 螺旋管导程，m ； mac h 对流放热系数，W/m 2℃； mic h 核沸腾放热系数，W/m 2℃； f K 液体的导热系数，W/m ℃； L 螺旋管长度，m ； M 头数，个； Nu 努塞尔特数，无因次； g Nu 汽相努塞尔特数，无因次； n 轴向方向管子排数，个； w g ,Pr 管壁温度确定的汽相pr 数，无因次； Pr 普朗特数，无因次； Re 雷诺数，无因次；
1 换热器工作原理及结构特点 1.1问题概述 换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：混合式、蓄热式和间壁式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。 1、混合式换热器：利用冷、热流体直接混合的作用进行热量的交换。这类交换器的结构简单、价格前便宜、常做成塔状。例如：冷水塔（凉水塔）、造粒塔、气流干燥装置、流化床等。 2、蓄热式换热器：在这类换热器中，能量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适用于气气热交换的场合。主要用于石油化工生产中的原料气转化和空气余热。 3、间壁式换热器：所谓间壁式换热器，是指两种不同温度的流体在固定的壁面（称为传热面）相隔的空间里流动，通过壁面的导热和壁表面的对流换热进行热量的传递。间壁式换热器的传热面大多采用导热性能良好的金属制造。在某些场合由于防腐的需要，也有用非金属（如石墨，聚四乙烯等）制造的。这是工业制造最为广泛应用的一类换热器。按照传热面的形状与结构特点它还可分为： （1)管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等。 （2）板面式换热器：如板式、螺旋板式，、板壳式等。 （3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。 换热系统中，生产过程需要对系统的一些参数进行控制，其中，换热器出口介质的温度是最为主要、最为常见的控制对象，也是关系工艺产品质量的重要因素之一。目前，对温度的控制大都采用传统的PID调节器。但是，由于换热系统这种被控对象具有纯滞后、大惯性的特点，而且整个控制过程与环境条件及换热系统本身等因素密切相关，是一个典型的参数时变的非线性系统，所以，要寻求一个更好地控制办法以满足工业生产的需要。[2] 1.2换热器的控制方法 本次课程设计我要完成换热器出口温度单回路控制系统设计，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个控制对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统，方框图如下：
2、设计方案的选择 2．1换热器型式的选择 在乙醇精馏过程中塔顶一般采用的换热器为列管式换热器，故初步选定在此次设计中的换热器为列管式换热器。 列管式换热器的型式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。在乙醇精馏的过程中乙醇是在常压饱和温度下冷凝，进口温度为76℃，出口温度为45。冷却介质为水，入口温度为24℃，出口温度为36℃，两流体的温度差不是很大，再根据概述中各种类型的换热器的叙述，综合以上可以选用固定管板式换热器。 2．2流体流速的选择 流体流速的选择涉及到传热系数、流动阻力及换热器结构等方面。增大流速，可加大对流传热系数，减少污垢的形成，使总传热系数增大；但同时使流动阻力加大，动力消耗增多；选择高流速，使管子的数目减小，对一定换热面积，不得不采用较长的管子或增加程数，管子太长不利于清洗，单程变为多程使平均传热温差下降。因此，一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表1至表3列出了常用的流速范围，可供设计时参考。选择流速时，应尽可能避免在层流下流动。 表1 管壳式换热器中常用的流速范围 流体的种类一般流体易结垢液体气体 流速，m/s 管程0.5 ~3.0 > 1.0 5.0 ~30 壳程0.2 ~1.5 > 0.5 3.0 ~15 表2 管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速 液体粘度，mPa·s > 1500 1500 ~500 500 ~100 100 ~35 35 ~ 1 < 1 最大流速，m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4 表3 管壳式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度 液体名称乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮 安全允许速度，m/s < 1 < 2 ~3 < 10 由于使用的冷却介质是井水，比较容易结垢，乙醇则不易结垢。水和乙醇的粘度都较小，参考以上三个表格数据可以初步选定管程流速为0.9m/s，壳程流速为7m/s。 2．3流体出口温度的确定 冷却介质水的入口温度24℃，出口温度为36℃，故，可以求得水的定性温度为：Tm=30℃ 热流体乙醇在饱和温度下冷凝，故可以确定入口温度和出口温度相同，故乙醇的定性温度Tm=60.5℃。