套管式换热器PPT

在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙
适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两 流体可以为逆流，对传热有利。另外，套管式换热器构造 较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便
缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消 耗的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积 不多而要求压强较高的场合。 4）列管式换热器 优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传 热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性
螺旋板换热器的主要缺点是： （1）操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过 2Mpa，温度不超过300~400℃。 （2）不易检修：因整个换热器被焊成一体，一旦损坏，修理 很困难。 1． 3）平板式换热器
平板式换热器简称板式换热器，是由一组长方形的薄金 属板平行排列，加紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边 缘衬有垫片，压紧后板间形成密封的流体通道，且可用垫片
铝合金不仅导热系数高，而且在零度以下操作时，其延性和 抗拉强度都很高，适用于低温和超低温的场合，故操作范围 广，可在200℃至绝对零度范围内使用。同时因翅片对隔板 有支撑作用，板翅式换热器允许操作压强也比较高，可达 5MPa。 这种换热器的缺点是设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修 困难，故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板 的翅片均由薄铝板制称成，故要求介质对铝不腐蚀。
3、翅片式换热器
1） 翅片管换热器 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅片与管表面的 连接应紧密无间，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效 果。常用的连接方法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法 。此外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等 方法制造。 当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传热系数较小的 一侧加翅片可以强化传热。

器》是一个什 么样的标准，具有怎样的地位？
相关标准 GB150-2011《压力容器》
——压力容器行业基础标准 ——给出了压力容器建造的通用要求，包括材料、设计、 制造检验与验收等内容
1、本标准适用的设计压力 1.1、钢制容器不大于35MPa。 1.2、 其他金属材料制容器按相应引用标准确定。 2、本标准适用的设计温度范围 2.1 设计温度范围：－269℃～900℃。 2.2 钢制容器不得超过按GB 150.2 中列入材料的允许使用温度范围。 2.3 其他金属材料制容器按本部分相应引用标准中列入的材料允许使用温度确定
21
22
换热管与管板的连接
胀度（新增概念）
公式：
k=（d2-di-b）/2δx100%
d2——换热管胀后内径mm di——换热管胀前内径mm b——换热管与管板管孔的 径向间隙mm
δ——换热管壁厚mm
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换热管与管板的连接
胀度可按式6-2计算，机械胀接的胀度可按表6-18选用.当采用其他胀接 方法或材料超出表6-18时，应通过胀接工艺试验确定合适的胀度。
验，换热管与管板连接的拉脱力满足7.4.7（许用拉脱力）的要求。 6.6.1.5强度胀接的结构尺寸要求 a）最小胀接尺寸应取管板名义厚度减去3mm的差值与50mm二者的小值；
超出部分可采用贴胀，当有要求时也可全长采用强度胀接 b）连接尺寸：伸出长度上角标+2改为+1 c）采用柔性胀接工艺时，开槽宽度按式6-3计算，且不得大于13mm。 d）需要时可开多个槽
（如泵壳、压缩机外壳、涡轮机外壳、液压缸等）； d） 核能装置中存在中子辐射损伤失效风险的容器； e） 直接火焰加热的容器； f） 内直径（对非圆形截面，指截面内边界的最大几何尺寸，如：

进口接管及防冲板的布置
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● 在固定管板式中，两端管板均与壳体采用焊接连接、 且管板兼作法兰用，在浮头式、U形管式及填料函式换 热器中采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰和管箱法 兰之间。
管板与壳体连接结构
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◆ 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。
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弓形折流板
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圆盘-圆环形折流板
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折流板缺口尺寸
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● 折流板的固定 折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。
拉杆结构
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三、管壳式换热器的标准
◆ GB151—1999《管壳式换热器》
是由国家技术监督局发布的关于管壳式换热器的国家 标准。该标准是管壳式换热器设计和制造的主要依据。
◆标准代号为JB／T4714～4720－92
第五章 换热设备
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1
目录
1 换热设备的类型及应用 2 管壳式换热器
3 其他类型换热设备简介 4 换热设备的使用与维护
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2
第一节 换热设备的类型及应用
一、换热设备的应用
◆ 定义
使传热过程得以实现的设备称之为换热设备。
二、换热设备的类型
◆ 按用途分类
冷却器 冷凝器 加热器 换热器 再沸器 蒸气发生器 废热(或余热)锅炉

在满足工艺要求和性能要求的前提下，选 用价格合理、经济适用的换热器。
换热器的选型步骤
确定工艺需求
明确实际工艺流程及参 数、操作条件和工艺需 求。
选择合适的换 热器类型
根据工艺需求和条件， 选择合适的换热器类型 及结构形式。
确定材料及尺 寸
根据实际需求和材料特 性，确定换热器的材料 、壁厚、管径等尺寸。
热对流原理
热对流是指由于流体的宏观运动而引起的热量传递过程， 是流体之间进行传热的主要方式。
在换热器中，高温流体和低温流体由于密度差而产生相对 运动，热量从高温流体传递到低温流体，这种传热方式就 称为热对流。
热辐射原理
热辐射是指物体由于具有温度而辐射电磁波的现象，是热量 传递的另一种方式。
在换热器中，高温表面将热量以电磁波的形式辐射到周围空 间，再被低温表面吸收，这种传热方式就称为热辐射。
环保化
采用环保材料和工艺，降低设备对 环境的影响。
06
案例分析
某化工厂换热器优化改造案例
改造背景
针对某化工厂现有换热器 效率低下、能耗高的问题 ，进行优化改造。
改造内容
采用新型高效换热器，优 化换热器布局和操作参数 ，更换部分设备。
改造效果
提高换热器效率15%，降 低能耗10%，取得明显的 经济效益和环保效益。
常用换热器的结构及工作原理
常用的换热器包括管式换热器、板式换热器、套 管式换热器等。
板式换热器由一组平板和密封垫片组成，两种不 同温度的流体分别在平板的两侧流动，通过板片 之间的传热面进行热交换。
管式换热器由一组平行排列的钢管组成，两种不 同温度的流体分别在钢管的两端流动，通过管壁 进行热交换。
套管式换热器由内管和外管组成，两种不同温度 的流体分别在内管和外管中流动，通过内管和外 管的传热面进行热交换。

二、换热器结构与分类
二、换热器结构与分类
二、换热器结构与分类
二、换热器结构与分类
2.1、型号构成
二、换热器结构与分类
二、换热器结构与分类
二、换热器结构与分类
下图为TEMA标准中结构形式，与GB151基本一致。
二、换热器结构与分类
举例说明
浮头式换热器
平盖管箱，公称直径500mm，管程和壳程设计压力均为1.6MPa，公称换热面积54
二、换热器结构与分类
2.3 固定管板式换热器
二、换热器结构与分类
换热器的管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体 相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管 子，也便于分程，同时制造成本较低。由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产 生污垢也便于清洗。如果管子发生泄漏或损坏，也便于进行堵管或换管，但无法在管子的 外表面进行机械清洗，且难以检查，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。更主要的缺点是 当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生较大的温差应 力，因此为了减少温差应力，通常需在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生 较大变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力。
二、换热器结构与分类
2.5 U型管式换热器
每根管子都弯成U形，一束管子被弯制成 不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一 块管板上，组成管束，从而省去了一块管板 与一个管箱。因为管束与壳体是分离的，在 受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温 差应力。进、出口分别安装在同一管板的两 侧，并将封头以隔板分成两室。其结构简 单，造价便宜，管束可以在壳体中抽出，管 外清洗方便，但管内清洗困难，只能用化学 方法清洗，故最好让不易结垢的物料从管内 通过。由于弯管的外侧管壁较薄以及管束的 中央部分存在较大的空隙，故U型管换热器 具有承压能力差、传热能力不佳的缺点。通 常用于高温高压和物料较清洁的场合。

管外纵流条件下，管外传热系数为光管的1.6倍.
传递热量相同，泵功率相同，取代光管，节约材 料30%-50%
螺旋槽

主要用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液
体的沸腾或管内外蒸气的冷凝，管内传热系数为光管 传热系数的1.5-2.0倍；管外传热系数为光管传热系数 的1.5倍.
缩放管
波纹管


波纹管优点
（4）填料函式换热器
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
填料函式密封
缺点：填料处易泄漏。 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管
间清洗方便 适用场合：4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易 爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。

带膨胀节的固定管板式换热器 图7-3 带补偿器的固定管板式换热器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
U型管式换热器 图7-6 U形管式换热器 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 腐蚀性大的物料。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器

管式热交换器
管壳式、套管式、螺旋管式等

板式热交换器


延伸表面热交换器
蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类
基本类型 固定管板式换热器
U形管式换热器 浮头式换热器 填料函式换热器
（1）固定管板式换热器

套管式换热器操作流程英文回答：Operation Procedure for Shell and Tube Heat Exchanger.Pre-Operation Checks:Verify that the heat exchanger is properly installed and connected.Ensure that the piping system is free of leaks and obstructions.Check the valves for proper operation and ensure they are in the correct positions.Inspect the gaskets and seals for any damage or deterioration.Start-Up Procedure:Slowly open the inlet valve to the shell side of the heat exchanger.Allow the shell side to fill with fluid and vent any trapped air through the vent valve.Close the vent valve once the shell side is full.Gradually open the inlet valve to the tube side of the heat exchanger.Allow the tube side to fill with fluid and vent any trapped air through the vent valve.Close the vent valve once the tube side is full.Operation Monitoring:Monitor the inlet and outlet temperatures of both fluids.Ensure that the flow rates are within the specified range.Check the pressure drop across the heat exchanger to detect any fouling or blockages.Monitor the vibration levels to ensure that the heat exchanger is operating smoothly.Shutdown Procedure:Gradually reduce the flow rate of the shell side fluid by closing the outlet valve.Once the shell side flow rate is low, close the inlet valve completely.Gradually reduce the flow rate of the tube side fluid by closing the outlet valve.Once the tube side flow rate is low, close the inlet valve completely.Open the vent valve to release any residual pressurein the heat exchanger.Cleaning and Maintenance:Regularly clean the heat exchanger to remove any fouling or deposits.Inspect the gaskets and seals periodically for any damage or deterioration.If necessary, disassemble the heat exchanger for a thorough cleaning and inspection.Troubleshooting:If the heat exchanger is not performing as expected, refer to the manufacturer's troubleshooting guide.Common problems include fouling, blockages, and leaks.Address any issues promptly to ensure the efficient operation of the heat exchanger.中文回答：套管式换热器操作流程。

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本套管式杀菌机主要由四层套管式或（多管）换热. 器、无级变速输送泵、保持器
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•7
气体从塔顶部进入,在环隙中 沿塔壁而下,经换热器壳程后 到分气盒,分散到各双套管
•套管式换热器图片版
•8
采用美国最先进的双螺旋高效套管换热器
采用高效套管换热器，高效稳定。
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•3
各种不同的套管式换热器
• 水冷柜机专用套管换热器
双氟单水回路套 管换热器
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•4
垂直套管式土壤换热器埋管方式
小型箱式地能热泵机组配备一/两台全
封闭涡旋压缩机、套管式换热器、名
牌元器件
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•5
GDRL-n型封闭 叠加式热风冲 天炉具有“三 个高效换热 器”、“叠加 式供风”、 “自动加料
简单
简单
不易清洗 简单
内：易清洗 外：难清洗
简单
易清洗 简单
紧凑
易清 洗 紧凑
紧凑 不易清洗 紧凑
紧凑、 紧凑 复杂
简单坚固
难清 洗
紧凑
不易清洗 不易清洗
紧凑
简单坚固
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•17
国内主要生产厂家
• 上海日泰医药设备工程有限公司
The End！
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•15
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•16
各种换热器间的对比
换热器 夹套式

11
保证紧密性的方法： •管板孔开槽； •胀接周边保证清洁； •管子硬度低于管板孔周边 硬度。
保证管端硬度较低并且低 于管板硬度的方法： •管端退火处理。 •选材考虑。
12
2.焊接
优点： • 高温高压下能保证连接
的紧密性； • 管板孔加工精度要求不
高，低于胀接； • 焊接工艺简单； • 压力不高时可用薄管板。 缺点： • 存在焊接热应力——应
1)
壳壁应力
2
t s
;
2)
管壁应力
2
t
t
;
3)壳壁应力 0 且 B ;
4)管子拉脱力q q。
3.膨胀节的选用及安装
依据标准：GB16749-1997《压力容器波形膨胀节》
安装注意：1）与壳体对接焊，保证焊透；
2）要进行无损探伤；
3）最低点设置排液孔。
49
点 ——无温差应力；
2.管束可以抽出，清洗；
3.结构复杂，浮头内漏不便检查；
4.管束与壳体间隙较大——影响传热。.
3
特点： 1.一端可自由伸缩— 不产生热应力； 2.管束可以抽出，管内外均易清洗； 3.填料将壳程介质与外界隔开，易外 漏，介质受限制；
4
U型管式换热器的二维图
1.只有一个管板，结构简单；
力腐蚀； • 管与孔间有间隙——形
成介质死区，间隙腐蚀。
13
管与管板焊接形式：
14
3.胀焊并用 克服了单纯的焊接及胀接的缺点，
主要优点是： • 连接紧密，提高抗疲劳能力； • 消除间隙腐蚀和应力腐蚀； • 提高使用寿命。 施工方式：先胀後焊；先焊後胀。
胀接——贴胀；强度胀。 焊接——密封焊，强度焊。 根据不同情况具体制定施工工艺。

化工设备(换热器)
• 换热器概述 • 换热器的设计与选型 • 换热器的应用 • 换热器的维护与保养 • 新型换热器技术与发展趋势
01
换热器概述
定义与作用
定义
换热器是一种用于热量交换的设 备，广泛应用于化工、石油、制 药等领域。
作用
换热器的主要作用是将热量从一 种流体传递给另一种流体，以满 足工艺需求。
智能化
利用传感器、控制器等智能元件， 实现换热器的远程监控、自动控 制和故障诊断，提高设备运行的 安全性和可靠性。
THANKS
感谢观看
强化传热表面
采用翅片、螺旋等强化传热表面，提 高传热效果。
便于清洗和维修
结构设计应便于清洗和维修，减少维 护成本。
03
换热器的应用
在化工行业的应用
化学反应过程中的热量交 换
换热器在化工行业中广泛应用于化学反应过 程中的热量交换，如放热反应和吸热反应的 热量传递。
工艺流程控制
换热器在化工生产过程中起到工艺流程控制的作用 ，通过调节温度、压力等参数，实现对化学反应过 程的有效控制。
食品加工
换热器在食品加工过程中用于加 热和冷却，以实现食品的烹制、
杀菌、保鲜等处理。
饮料生产
换热器在饮料生产过程中用于加 热和冷却，以实现饮料的调配、
灭菌和灌装等处理。
食品包装
换热器在食品包装过程中用于控 制包装材料的温度，以确保食品
包装的质量和安全。
04
换热器的维护与保养
日常维护
每日检查
01
检查换热器的外观是否正常，是否有泄漏、腐蚀、变形等问题。
换热器的分类
按传热原理分类
按结构特点分类
可分为间壁式、混合式和蓄热式换热 器。

1
qmc min qmc max
exp（
NTU）1
qmc min qmc max
第七章 换热器
当冷热流体之一发生相变时，即 qmc max 趋于无穷大
时，于是上面效能公式可简化为
1 exp NTU
当两种流体的热容相等时， 公式可以简化为
顺流：
逆流：
1 exp 2NTU
第七章 换热器
a、增加流速 增加流速可改变流态，提高紊流强度。
b、流道中加插入物增强扰动
在管内或管外加进插入物，如金属丝、 金属螺旋环、盘片、麻花铁、翼形物，以及 将传热面做成波纹状等措施都可增强扰动、 破坏流动边界层，增强传热。
第七章 换热器
c、采用旋转流动装臵 在流道进口装涡流发生器，使流体在一
（3）由冷、热流体的4个进、出口温度确定平均温
差，计算时要注意保持修正系数 具有合适
的数值。
（4）由传热方程求出所需要的换热面积 A，并核算
换热面两侧有流体的流动阻力。 （5）如流动阻力过大，改变方案重新设计。
第七章 换热器
对于校核计算具体计算步骤：
（1）先假设一个流体的出口温度，按热平衡式计 算另一个出口温度
第七章 换热器
7.1 换热器简介 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统称换热器。
分为间壁式、混合式及蓄热式（或称回热 式）三大类。
第七章 换热器
1、间壁式换热器的主要型式 （1）套管式换热器
图7-1 套管式换热器
适用于传热量不大或流体流量不大的情形。
第七章 换热器
（2）壳管式换热器 这是间壁式换热器的一种主要形式，又
(t1
t2
)

1.结构原理套管式换热器以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。

两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，每一段套管称为"一程"，程的内管(传热管)借U形肘管，而外管用短管依次连接成排，固定于支架上(图中a)。

热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。

通常，热流体(A流体)由上部引入，而冷流体(B流体)则由下部引入。

套管中外管的两端与内管用焊接或法兰连接。

内管与U形肘管多用法兰连接，便于传热管的清洗和增减。

每程传热管的有效长度取4~7米。

这种换热器传热面积最高达18平方米，故适用于小容量换热。

当内外管壁温差较大时，可在外管设置U形膨胀节(图中b)或内外管间采用填料函滑动密封(图中c)，以减小温差应力。

管子可用钢、铸铁、铜、钛、陶瓷、玻璃等制成，若选材得当，它可用于腐蚀性介质的换热。

2.优点这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油化工等工业部门。

①结构简单，传热面积增减自如。

因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外加工。

②传热效能高。

它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此它的传热效果好。

液-液换热时，传热系数为870~1750W/(m·℃)。

这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。

套管式换热器的缺点是占地面积大;单位传热面积金属耗量多，约为管壳式换热器的5倍;管接头多，易泄漏;流阻大。

③结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数，是单位传热面的金属消耗量大，为增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。

④可以根据安装位置任意改变形态，利于安装。

3.缺点①检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。

②生产中，有较多材料选择受限，由于套管式换热器大多是内管中不允许有焊接，因为焊接会造成受热膨胀开裂，而套管式换热器大多数为了节省空间选择，弯制，盘制成蛇管形态，故有较多特殊的耐腐蚀材料无法正常生产。

换热器培训PPT(1)
2020/11/20
换热器培训PPT(1)
以降低成本。另外，生产所得的油品或化工产品， 需要将其冷却或冷凝，以便储存和运输。以上这些 与热量有关的过程都需要使用换热设备。
使用换热设备是为了达到加热或冷却的目的，如 果将那些需要加热的流体与需要冷却的流体，经过 换热设备相互换热，既可回收热量，又可降低冷却 水的消耗。
➢ 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。如图所示。三 角形排管多，结构紧凑，但管外清洗不方便；正 方形排管少，结构不够紧凑，但管外清洗较方便。 一般在固定管板式换热器中多用三角形排列，浮 头式换热器多用正方形排列。
换热器培训PPT(1)
换热器培训PPT(1)
（二）管板及换热管的连接
换热器培训PPT(1)
三、换热器的分类
换热设备的分类方法很多，现将几种常见的分 类方法介绍如下： 1、按用途分类：分为热交换器、冷凝器、蒸发器、 加热器及冷却器等五类。 1）热交换器：两种不同温度的介质进行热量交换， 使一种介质降温而另一种介质升温，以满足各自 的需要。 2）冷凝器：两种不同温度的介质进行热量交换，其 中一种介质由汽态被冷凝成液态。
五、管壳式换热器的主要零部件
（一）换热管及在管板上的排列方式
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，所以换热管的形状和尺寸对传热有 很大的影响。小管径利于承受压力，因而管壁较 薄且在相同的壳径内可以排列较多的管子，使换 热器单位体积的传热面积增大、结垢紧凑，单位 传热面积金属耗量少，传热效率也稍高一些，但 制造麻烦，且小直径管子易结垢，不易清洗。所 以一般对清洁流体用小直径管子，粘性较大的或 污染的流体采用大直径管子。我国管壳式换热器