蓄热式换热器 PPT

蓄冷蓄热节能技术 共18页PPT资料
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！

dQ
对逆流：
Δt = t1 – t2 → dΔt = dt1 – dt2
dQ = k·Δt·dF
热流体：
dQ
- M1c1dt 1
dt1
-
1 W1
dQ
冷流体：
dQ
-M2c2dt 2
dt 2
-1 W2
dQ
dΔt
1 W1
1 W2
dQ
μdQ
+ - μ 1 1 W1 W2
：顺流 ：逆流
dΔt μdQ μkΔtdF
却。如回转式空气预热器。
按材料分：
1. 金属材料换热器 常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、
铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热 系数大，故此类换热器的传热效率高。 2. 非金属材料换热器
常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。 因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的 传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。
t1 t1
t2 t2
t2 t2
ξt1 ξt1
t1 t1
(x)
将式(x)代入式(w)，并考虑到:
ξ
1
W1 W2
2
1
t 2 t1
t 2 t1
2
(y)
整理，得到平均温差的公式：
Δt m
ln
t1
t1
t1 t12
t2 t2
t2 t2 2 t1 t12 t2
t2 2
t1 t1 t2 t2 t1 t12 t2 t2 2
要计算整个换热的平均温差，首先需要知道 温差随换热面的变化，即 Δtx= f(Fx)，然后再沿 整个换热面积进行平均。
1.2.1 流体的温度分布
t1 冷凝

逆流： Δt t1 t2 Δt t1 t2
将对数平均温差 写成统一形式 (顺/逆流都适用)
Δtm
Δtmax Δtmin ln Δtmax
Δtmin
算术平均温差
平均温差另一种更为简单的形式是 算术平均温差，即：
Δtm, 算术
Δtmax
2
Δtmin
当 Δtmax Δtmin 2 时，两者的差别小于4％；
P’ = P ·R R’ = 1/R
（2）P的物理意义：冷流体的实际温升与理论所
能达到的最大温升之比（< 1） → 温度效率
（3）R的物理意义：两种流体的热容量之比。
R t1 t1 W2 t2 t2 W1
1) 热流体在管外为一个流程， 冷流体在管内先逆后顺两个
流程<1–2>型热交换器
ψ
R2 1
以顺流为例：已知冷热流体的进出口温度，
针对微元换热面dF一段的传热，温差为：
Δt=t1 – t2 → dΔt=dt1 – dt2
通过微元面dF，两流体的换热量为:
dQ=k·Δt·dF
分别对热流体与冷流体:
热流体：dQ
- M1c1dt 1
dt1
-
1 W1
dQ
冷流体： dQ
M2c2dt 2
dt 2
1 W2
方 程
Q2 M2C2 t2" t2' M2C2Δt2
热容量： W = M·C (W/℃) Q = W1 ·Δt1 =W2 ·Δt2
W1 Δt2 W2 Δt1
平行流：顺流和逆流
Hot fluid Cold fluid
Hot fluid Cold fluid
t t’
t1 (hot) t”

化工原理传热精品
主要内容
4、1 概述 4、2 热传导 4、3 对流传热概述 4、4 对流传热系数关联式 4、5 传热过程计算 4、6 辐射传热 4、7 换热器
2
基本要求
了解热传导基本原理,掌握傅立叶定律及平壁、圆筒 壁得热传导计算;
了解对流传热得基本原理、牛顿冷却定律及影响对流 传热得因素;掌握对流传热系数得物理意义和经验关联 式得用法、使用条件及注意事项;
Sm 2rmL
Sm
S2 S1 ln S2 / S1
圆筒壁得 对数平均
半径
rm
r2 r1 ln r2
r1
注:当 r2/r1<2时,可用算术平均值代替对数平均值。 44
2、多层圆筒壁得热传导
假设层与层之 间接触良好,即互 相接触得两表面温 度相同。
图4-12 多层圆筒壁热传导
45
2、 多层圆筒壁得热传导
微分导 热速率
dQ dS t
n
Q与温度 梯度方向
相反
导热系 数
温度梯 度
傅立叶定律表明导热速率与 温度梯度及传热面积成正比,而 热流方向却与温度梯度相反。
Δn ət/ən Q
32
3、 导热系数
dQ dS t
q t
n n
① 在数值上等于单位温度梯度下得热通量,故物质得
越大,导热性能越好。
② 是物质得固有性质,是分子微观运动得宏观表现。
加热剂
适用温度,℃
冷却剂 适用温度,℃
热水 饱和蒸汽 矿物油 联苯混合物 熔盐 烟道气加热剂
40～100 100～180 180～250 255～380(蒸汽) 142～530 ～1000
水 空气 盐水
0～80 >30 0～－15

6、热器E101壳程排凝
全开壳程排气阀VX1E101、壳程泄液阀 VI3E101，放净壳程中的液体（壳程泄液 标志块由绿变红）后，关闭排气阀 VX1E101和泄液阀VI3E101。
（四）事故处理
1.换热器结垢 2.P102A坏
1.换热器结垢
事故原因：换热器结垢严重 事故现象：冷物流出口温度降低，热物
备用（设备事故）。 特定事故：详见操作手册中事故的处理
方法。
后手阀和前手阀TV1001AI、TV1001BI、 TV1001AO、TV1001BO； （4）关闭E101热物流出口阀VI4E101。
3、停冷物流泵P101A
（1）关闭泵P101A后阀P101O； （2）停泵P101A；
4、停冷物流进料
（1）当泵P101A出口压力PI1001降为0.0 Mpa(g)时，关闭泵P101A前阀P101I；
TV1001BI、TV1001AO、TV1001BO； （2）待管程排气标志由红变绿的时候，管程不凝气排净，关闭
排气阀VX2E101； （3）手动控制调节器TIC1001输出值，逐渐打开调节阀
TV1001A至开度50％； （4）打开热物流出口阀VI4E101，同时手动调节TIC1001的输出
值，改变热物流在主、副线中的流量，使热物流温度分别稳定 在（177±2）℃左右，然后将TIC1001投自动（设定值为 177℃）。
8 开车（TV1001AK） 开车初态：TV1001A阀卡 见备注
9 开车（TV1001BAK） 开车初态：TV1001BA阀卡 见备注
(五)项目列表
序号 项 目 名 称
项目描述
事故处理方法
10 开车（P102AH）
开车初态：P102A泵坏 见备注

强化方法：提高 K、A、 均可强化传热。
◎提高传热系数K
热阻主要集中于 较小的一侧，提高 小的一侧有效。 ◆ 降低污垢热阻 ◆ 提高表面传热系数 化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
合式换热器
化工原理换热器
列管式冷凝器
化工原理换热器
提高对流传热系数的主要途径是减少层流内 层的厚度，可通过以下达到目的：
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
板式换热器 优点
缺点
结构紧凑、体积小、重量轻。 流体湍动程度大，强化 传热效果好。 便于清洗和维修。
密封周边长，易泄漏。 承压能力低（P<2MPa）。 流动阻力大，处理量小。
化工原理换热器
（2）螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
化工原理换热器
三 换热器的传热强化
如欲强化现有传热设备，开发新型高效的传热设备，以便在较小的 设备上获得更大的生产能力和效益，成为现代工业发展的一个重要 问题。 所谓强化传热过程：就是力求用较少的传热面积或较少体积的传热 设备完成同样的传热任务以提高经济性，即提高冷、热流体间的传 热速率。
依总传热速率方程：
❖ 优点：结构简单、紧凑、能承受较高的 压力，造价低，管程清洗方便，管子损 坏时易于堵管或更换。
❖ 缺点：当管束与壳体的壁温或材料的线 膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将 产生较大的热应力。
化工原理换热器
化工原理换热器
固定管板式换热器
❖ 应用： ❖ 这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易
结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差 不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。 为减少热应力，通常在固定管板式换热 器中设置柔性元件伯膨胀节、挠性管板 等人来吸收热膨胀差。

Mb
t1 t1expma L
expma L expmb L
(p)
将式(p)代入(n)，则：
Z
t1
t1
t1
t1
expma L mb expma
x L
expmb expmb
L
L
ma x
(q)
式(q)表示了壳侧流体温度沿距离x的变化规律。
若对式(n) x求导，可得壳侧流体温度的变化率：
dZ dt1 dx dx
P’ = P ·R R’ = 1/R
（2）P的物理意义：冷流体的实际温升与理论所
能达到的最大温升之比（< 1） → 温度效率
（3）R的物理意义：两种流体的热容量之比。
R t1 t1 W2 t2 t2 W1
1) 热流体在管外为一个流程， 冷流体在管内先逆后顺两个
流程<1–2>型热交换器
ψ
R2 1
W1 KS
d 2t1 dx 2
2 dt1 dx
KS W2
t2b
t2a
(h)
将式(b)代入式(h)并整理：
d 2t1 dx 2
2KS W1
dt1 dx
KS W2
2 t1
t1
0
(i)
此为壳侧流体温度沿流动方向的微分方程。
为求解此式，引入新变量：
Z = t′1 – t1
(j)
t′1为热流体起始温度，看作常量，(i)式变成：
Mamaexpma x Mbmb mb x
(r)
将式(f)代入式(r)，考虑到边界条件：
x=0时，t1 =t″1，t2a =t′2，t2b =t″2
则：
Mama
Mbmb

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(1)固定管板式换热器
1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨胀节；7—折流 板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板；11—管程接管；12—隔板； 13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距管；17—拉杆；18—支座；19—垫片； 20、21—螺栓、螺母
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管壳式换热器的类型
由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度 也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力， 导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体 温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应 力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主 要类型： (1)固定管板式换热器; （2)浮头式换热器; （3)U形管式换热器; （4)填料函式换热器;
（4）冷凝器：蒸馏塔顶物流的冷凝或者反应器冷凝循环回流的设 备。
4
（5）蒸发器：专门用于蒸发溶液中水分或者溶剂的设备。 （6）过热器：对饱和蒸汽再加热升温的设备。 （7）废热锅炉：由工艺的高温物流或者废气中回收其热量 而产生蒸汽的设备。
（8）换热器：两种不同温位的工艺物流相互进行热交换能 量的设备。
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3.管壳式换热器(列管式换热器)
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管壳式换热器
• 管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传 热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，壳体多为圆筒形，内部放 置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线 与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称 为管程流体;另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的 速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体 速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。 • 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。 图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内 流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样 流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。 同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次 通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

管式换热器有管壳式、套管式、蛇管式、螺 旋管式等，板面式换热器有板式、螺旋板 式、板翅式、板壳式等。
（三）换热设备性能对比及选择
1.换热器的基本要求
（1）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。在一定的热负荷下，即每小 时要求传递热量一定时，传热效率（通常 用传热系数表示）越高，需要的传热面积 越小。
管板与壳体连接结构
◆ 折流板
● 折流板的作用 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。
●折流板的 分类 常用折流板有弓形和圆盘-圆环形两种
弓形的有单弓形、双弓形及三弓形，单弓形和双弓形应 用最多。
弓形折流板
◆ 酸洗法
酸洗法是用盐酸作为清洗剂 ，酸洗法又分浸泡法和循 环法两种。
换热器酸洗法流程
◆ 高压水冲洗法
高压水冲洗法多用于结焦严重的管束的清洗，如催
化油浆换热器。
◆ 海绵球清洗法
将较松软并富有弹性的海绵球塞入管内，使海绵球受 到压缩而与管内壁接触，然后用人工或机械法使海绵球 沿管壁移动，不断摩擦管壁，达到消除积垢的目的。
填料函式换热器
1—纵向隔板；2—浮动管板；3—活套法兰；4—部分剪切环； 5—填料压盖；6—填料；7—填料函
❖ 二、管壳式换热器管程结构 ❖ 1.管板 ❖ 2.管子 ❖ 3.管板和管子的连接 管板和管子的连接方式有胀接和焊接，对于
高温高压下常采用胀、焊并用的方式
4.管子在管板上的排列
换热管在管板上的排列形式有正三角形、转角正三角 形、正方形和转角正方形等
20、21—螺栓、螺母
◆ 浮头式换热器