换热器基本知识与设计(答案解析)

换热器培训考试试题答案2009年换热器培训考试试题一、填充题（共20题，10分）1、GB151适用的公称直径范围是2600 ，公称压力是35MPa ，公称直径和压力的乘积不大于 1.75x104 。

2、设计单位应对设计文件的正确性；完整性负责。

3、换热器的主要组合部件有前端管箱壳体和后端管箱三部份.4、公称换热面积是圆整下的计算面积。

5、设计压力是指设定的换热器管壳程顶部的最高压力；工作压力是指正常工作情况下，换热器管壳程顶部的最高压力。

6、真空换热真空侧的设计压力按承受外压来考虑，当有安全泄放装置时取1.25倍最大内外压力差或0.1Mpa 二者中低值。

当没有安全泄放装置时，取0.1MPa7、在任何情况下,元件金属的表面温度不得超过材料的允许使用温度。

8、计算压力为确定元件厚度的压力，当液柱静压力小于设计压力的5%时可忽略。

9、一般换热管不考虑厚度负偏差，不考虑腐蚀余量。

管板应考虑两面腐蚀裕量。

10、有效厚度是指名义厚度减去腐蚀余量和壁厚负偏差。

11、设计温度低于20℃时，取20℃时的许用应力。

12、外压或真空容器以内压进行水压试验。

13、对于管程压力大于壳程压力的换热器，耐压试验时应在图纸上说明试验办法，当满足条件时，可以用提高壳程试验压力的方法。

14、液压试验时，σT≤0.9σS;气压试验时σT≤0.8σS.15、锻件按JB4726和JB4728的规定，一般不得低于II级。

16、管板本身具有凸肩并与圆筒或封头为对接连接时，应采有锻件。

17、厚度大于60mm的管板应采用锻件。

18、奥氏体不锈钢焊管不得用于极度危害介质的工况。

19、换热器的接管法兰，当工作温度大于300度时，应采用对焊法兰。

20、管板与换热管采用焊接连接时，管板的最小厚度应满足结构设计和制造的要求且不小于12mm。

二、判断题（共20题，20分；对打钩，错打叉）21、换热器螺栓的紧固至少应分三遍进行，每遍的起点应相互错开120度。

一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。

2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。

3、允许压强降：不大于1×105Pa。

4、每年按330天计，每天24小时连续运行。

三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：114000吨/年煤油五、设计要求：1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。

2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。

3、设计结果概要或设计结果一览表。

4、设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）。

5、对本设计的评述及有关问题的讨论。

第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。

由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。

1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。

所以传热是最常见的重要单元操作之一。

无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。

此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。

归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。

②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。

1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。

在换热器中至少要有两种不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度较低，吸收热量。

换热器思考题1. 什么叫顺流？什么叫逆流（P3）？2.热交换器设计计算的主要内容有那些（P6）？换热器设计计算包括以下四个方面的内容：热负荷计算、结构计算、流动阻力计算、强度计算。

热负荷计算：根据具体条件，如换热器类型、流体出口温度、流体压力降、流体物性、流体相变情况，计算出传热系数及所需换热面积结构计算：根据换热器传热面积，计算热交换器主要部件的尺寸，如对管壳式换热器，确定其直径、长度、传热管的根数、壳体直径，隔板数及位置等。

流动阻力计算：确定流体压降是否在限定的范围内，如果超出允许的数值，必须更改换热器的某些尺寸或流体流速，目的为选择泵或风机提供依据。

强度计算：确定换热器各部件，尤其是受压部件(如壳体)的压力大小，检查其强度是否在允许的范围内。

对高温高压换热器更应重视。

尽量采用标准件和标准材料。

3. 传热基本公式中各量的物理意义是什么（P7）？4. 流体在热交换器内流动，以平行流为例分析其温度变化特征（P9）？5. 热交换器中流体在有横向混合、无横向混合、一次错流时的简化表示（P20）？一次交叉流，两种流体各自不混合一次交叉流，一种流体混合、另一种流体不混合一次交叉流，两种流体均不混合6. 在换热器热计算中, 平均温差法和传热单元法各有什么特点（P25、26）?什么是温度交叉，它有什么危害，如何避免（P38、76）？7．管壳式换热器的主要部件分类与代号（P42）？8．管壳式换热器中的折流板的作用是什么，折流板的间距过大或过小有什么不利之处（P49～50）？换热器安装折流挡板是为了提高壳程对流传热系数，为了获得良好的效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。

对常用的圆缺形挡板，弓形切口过大或过小，都会产生流动“死区”，均不利于传热。

一般弓形缺口高度与壳体内径之比为0.15～0.45，常采用0.20和0.25两种。

挡板的间距过大，就不能保证流体垂直流过管束，使流速减小，管外对流传热系数下降；间距过小不便于检修，流动阻力也大。

换热器基础必学知识点
以下是换热器基础的一些必学知识点：
1. 热传导：介质中的热能通过分子间的碰撞传递的现象，即由高温区到低温区的传导。

热传导正比于温度梯度和介质的热导率。

2. 对流传热：介质周围的流体通过对流现象将热能传递出去。

对流传热正比于流体的流速、温度差和传热系数。

3. 辐射传热：通过辐射形式将热能传递出去，不需要介质的存在。

辐射传热正比于表面的辐射率、温度差和黑体辐射功率。

4. 传热方程：换热器中的传热可以通过传热方程来描述，常用的传热方程有热传导方程（Fourier定律）和对流换热方程（Newton冷却定律）。

5. 传热系数：描述换热器界面传热能力的物理量，是传热率与温度差之间的比例关系。

传热系数决定了传热的效率和速率。

6. 换热器类型：常见的换热器类型有壳管式换热器、板式换热器、管束式换热器等，根据不同的工艺需求选择适合的换热器类型。

7. 换热器设计：换热器的设计要考虑流体流量、温度差、传热系数、换热面积等因素，并进行热力学和动力学计算。

8. 热媒介选择：根据不同的工艺要求选择适合的热媒介，并考虑其传热性能、耐腐蚀性和成本等因素。

9. 损失：换热器中存在一定的传热损失，包括壁面传热损失、传热介质的流动损失和泄漏损失等，需要进行合理的设计和控制。

10. 性能评价：换热器的性能评价包括换热效率、效果、能耗等指标的考核和比较，以提高换热器的工作效率和经济性。

以上是换热器基础必学的知识点，掌握了这些知识可以更好地理解和应用换热器的原理和设计。

关于热交换器重点知识总结1.什么叫热交换器？在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。

2.热交换器设计应该满足哪些基本要求？合理实现工艺要求。

热交换强度高，热损失小，在有利的平均温差下工作结构安全可靠。

有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构便于制造、安装、操作和维修。

经济上合理。

保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗设备紧凑。

3.如何能做好全热交换器设计？与传热学的发展相互促进，不可分割多学科交叉：传热学、流体力学、工程力学、材料科学涉及设计方法、设备结构、测试技术、计算和优化技术等对设计者来说，扎实的理论知识+经验4.热交换器的类型有哪些？分类方法：按用途：预热器（加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器。

按制造材料：金属、陶瓷、塑料、石墨、玻璃等。

按温度状况：温度工况稳定、温度工况不稳定。

按冷热流体的流动方向：顺流式（并流式）、逆流式、错流式（叉流式）、混流式。

按传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式5.热交换器的选型应考虑哪些因素？基本标准：流体类型、操作压力和温度、热负荷和费用等。

对于一定热负荷热交换器的选型考虑因素：热交换器材质；操作压力与温度、温度变化情况、温度推动力；流量；流动方式；性能参数—热效率和压降；结构性；流体种类和相态；维护、检测、清洗、拓展、维修的可能性；总的经济性；加工制造技术；其它的用途6.热交换器的设计计算包括哪些内容？热计算，结构计算，流动阻力计算，强度计算。

7.名词解释间壁式热交换器：两流体分别在一个固体壁面两侧流动，不直接接触，热量通过壁面进行传递。

混合式：或称直接接触式。

两种流体直接接触传热蓄热式：或称回热式。

两种流体分别分时轮流和壁面接触，热量借助蓄热壁面传递沉浸式热交换器结构：这种热交换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。

1.换热器热力计算的日的答：①决定换热器流程形式 ②根据换热面积来选择标准型号换热器 2.换热器水力设计概述（压降）答：包括管程压降和壳程压降 管程压降包括进出口管处压降，回弯压降，沿程压降壳程压降包括进出管管口压降，折流板压降，管束压降 3.换热系数由哪几部分影响 答：由管程换热系数，壳程换热系数，冷却水污垢热阻，热流体污垢热阻影响追问：公式中hl，h2，rl，r2分别代表什么答：hl：壳程导热系数 h2：管程换热系数 rl：热流体污垢热阻r2：冷却水污垢热阻 4.换热系数与导热系数区别？ 答：换热系数是三种传热方式同温差之间的对应关系的总称。 换热系数等于换热量除以温差，除以面积导热系数等于导热量除以温差，除以面积 换热量=导热量+传热量！辐射热量！热耗散 总体来说物体换热系数小于等于导热系数 5.当量直径含义 答：把水力半径相等的圆管直径定义为非园管的当量直径。 数值上等于4倍有效面积除以湿周。追问：水利直径与当量直径的区别 答：水力平径=截面面积/湿周长度。水力直径=4*水力半径=4*截面面积/湿周长度。 水力直径是非圆形截面管道等效成园形截面管道的一个几何尺寸，用于计算雷诺数，判断管道内流体是层流还是湍流状态。 当量直径是指，在压力损失相等的前提下，非同形截面管道与圆形截面管道的一个等效直径。通常是靠实验总结出的经验公式获得。 对于圆管，水力直径和当量直径都等于截面直径。但对于其他截面形状，这二者是相差很大的。 6.逆流平均温差表达式 答：xt=（t大一t小）/In（t大t小）

=t（热水进口温度一冷却水出口温度）一（热水出口温度一冷却水入口温度）]除以In

[（热水出口温度一冷却水出口温度）（热水出口温度一冷却水入口温度）追问：为什么要采用温度修正系数 答：设计的换热器不是纯粹的顺流或者逆流，既有逆流又有顺流。 它的本质是混合流，所以不能用逆流温差代表实际温差。 而顺流温差小于逆流温差，在此换热器中逆流占主导地位，所以温度修正系数略小于1，大概在0.8到0.9之间。 7.迭代过程 答：初选传热系数 根据传热系数求得传热面积，选择管子尺寸，求得管子相关参数若管子数不满足正三角形排列则重选传热系数，若满足，继续计算 求得管程与壳程流通截面。根据流通截而求得流速并计算出换热系数根据管程与壳程换热系数和污垢热阻得出传热系数，并与初选传热系数比较。 若比值不在1.1到1.2之间，重选传热系数，继续上述步骤。若满足继续下面环节追问：为何比值要在1.1到1.2之间 答：因为存在污垢热阻，使热量损失。当有10%到20%的过剩传热面或传热量既满足符合要求。

换热器换热性能实验思考题答案分析影响热平衡误差大小的因素一、换热器的形式能使热流体向冷流体传递热量，满足工艺要求的装置称为换热器。

换热器的形式有很多，用途也很广泛。

诸如为高炉炼铁提供热风的热风炉，就是一座大型蓄热式陶土换热器；热电厂锅炉上的高温过热器是以辐射为主的高温换热器，而省煤器是以对流为主的交叉流换热器；冶金工厂安装在高温烟道中的热回收装置常用片状管式、波纹管式、插件式等型式换热器；制冷系统上的冷凝器、蒸发器属于有相变流体的换热器，这类换热器无所谓顺流或逆流；内燃机的冷却水箱属于交叉流间壁式换热器的一种。

二、几种主要的换热器1.列管式换热器列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。

它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。

列管式换热器可以采用普通碳钢、紫铜或不锈钢进行制作。

在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管道中流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。

列管式换热器有多种结构形式，常见的有固定管板式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器及U型管式换热器。

2.螺旋板式换热器螺旋板式换热器（SHE）结构简单而精密，它由两块或四块长金属薄板绕同一个中心卷制而成，板与板之间焊有定距柱，形成了两条或四条间距相同又各自完全独立的螺旋形流道。

螺旋板式换热器的流道呈同心状，同时具有一定数量的定距柱。

流体在雷诺数较低时，也可以产生湍流。

通过这种优化的流动方式，流体的热交换能力得到了提高，颗粒沉积的可能性下降。

由于流道的几何形状具有很大的灵活性，因此，螺旋板式换热器可以根据已有的条件和需求进行适当的调整。

同时，螺旋板式换热器具有比较长的单独流道，可以为许多不易处理的流体提供足够长的热交换距离，这样，流体可以在一个设备中进行完全处理，并且避免了由于流体的突然转向而产生的堵塞问题。

螺旋板式换热器采用单流道结构设计，因此采用化学方法对流道内部进行清洗具有很好的效果。