换热的设备
换热设备的分类
换热设备的分类一换热设备的种类炼油厂用换热设备的型式很多，将其常用的分类如下：1按用途分类（1）换热器两种温度不同的流体进行热量的交换，使一种流体降温而另一种流体升温，以满足各处的需要，经过换热就充分回收了热量，节省了成本。
（2）冷凝器在两种温度不同的流体进行热量交换中，有一种流体是从气态就冷凝成为液态，温度变化并不大，就称为冷凝器。
（3）蒸发器和上述相反，若有一种流体被加热而蒸发成为气体，就称为蒸发器。
（4）冷却器凡是热量不回收利用，单纯只要一种流体冷却的换热器，称为冷却器。
（5）加热器凡是利用废热而单纯只要一种流体加热升温的换热器，称为加热器。
2按换热方式分类（1）间壁式换热设备。
在冷、热两种流体间有一定形状的表面把流体分隔开，热量通过此种间隔表面而互相交换，两种流体不相混合。
这是炼油厂中普遍采用的方式。
（2）蓄热式换热设备。
冷、热两种流体依次先后通过蓄热器，分别和蓄热器内的固体填充物进行交换，例如高温气体先通过蓄热器，将热量传递给器内填料，使填料升温而积蓄热量；关闭高温气体通路，再切换通入冷气体，高温填料就又把热量放出给了冷气体，使冷气体升温；依次不断反复，称为蓄热式换热。
这种设备炼油厂内很少应用。
（3）混合式换热设备。
使冷、热两种流体直接混合，而交换热量，如炼油厂内常用的凉水塔，就是用空气直接吹过被分散的热水表面，使热水降温而循环使用，这种方式所用设备较简单，换热效率也高，但大多数情况下，不允许两种流体混合，所以应用也有限。
3 按结构型式分类间壁式换热设备的种类繁多，但从间壁表面的特征来看，可分为两大类：(1) 管式换热设备。
传热面是各种管子，冷、热两种流体分别在管内和管外通过，经管壁面交换热量，这是炼油厂内应用最普通的换热设备。
从具体结构上细分，它又可分为：A．管壳式换热设备。
这种设备的特点是在圆筒形外壳中装有管束，一种流体在管内流动称为管程，另一流体在管外流动，称为壳程，它又可分为：a．固定管板式，如图2.4.1所示，两块管板均固定在外壳圆筒上，其上胀接着许多小管子，称为管束。
换热设备如何分类
换热设备如何分类换热设备可按用途、换热方式、结构和材料进行分类。
a.按用途可分为：(1)加热器。
把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
(2)预热器。
预先加热流体，为后工序操作提供标准的工艺参数。
(3)过热器。
用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
(4)蒸发器。
用于加热流体，达到沸点以上温度，使其液体蒸发，一般有相的变化。
(5)再沸器。
用于使装置中冷凝了的液体再度加热，使其蒸发。
(6)深冷器。
用于把流体冷却到0℃以下的低温状态。
(7)冷却器。
用于把流体冷却到工艺要求的温度。
(8)冷凝器。
用于冷却凝结性气体，使其流体凝结液化。
(9)全凝器。
使凝结性气体全部冷凝为液体。
b.按换热方式可分为：(1)间壁式换热器。
把温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，使两种流体之间进行换热。
(2)蓄热式换热器。
借助于由固体构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，蓄热体与高温流体接触一定时间，接受和储蓄了一定热量，然后与低温流体接触一定时间，把热量释放给低温流体。
(3)流体连接间接式换热器。
把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器。
(4)直接接触式换热器。
是两种流体直接接触进行换热的设备。
c.按结构和材料可分为：(1)管壳换热器。
套管式、管壳式、沉浸式、喷淋式、翅片式。
(2)板式换热器。
夹套式、平板式、板式、螺旋板式、翅片板式、板壳式。
(3)新型材料换热器。
石墨、聚四氟乙烯、玻璃钢、钛材、锆材换热器。
(4)热管式换热器。
多室回转式、离心式、重力热管式、离心热管式。
换热设备种类及应用情况
换热设备种类及应用情况换热设备是指将热能从一个物体传递到另一个物体的设备，常用于工业生产、能源利用等领域。
根据不同的工作原理和应用场景，换热设备可以分为多种类型，下面将详细介绍其中比较常见的几种类型及其应用情况。
1、壳管换热器：壳管换热器是一种常见的换热设备，它由一组内外套圆柱体（壳体和管束）组成。
热媒流体通过壳程，被换热介质从管程中流过，实现热量的传递。
壳管换热器广泛应用于化工、石油、空调、电力、食品等行业，常用于蒸发器、冷凝器、加热器和冷却器等设备中。
2、板式换热器：板式换热器是利用一堆平行放置的板片和密封件组成，通过流体在板片之间的流动实现热量交换。
由于其具有紧凑、高效的特点，广泛应用于化工、暖通空调、食品等行业中的热交换系统。
3、螺旋板换热器：螺旋板换热器是由一对互相螺旋交叉的金属板片组成，通过流体在板片之间的流动来实现换热。
螺旋板换热器具有高效、结构简单等特点，适用于高温高压和易结垢的介质。
4、管束换热器：管束换热器是由管束和壳体组成的，通过热交换介质在管壳之间流动来实现热量交换。
它在化工、食品、制药等行业中广泛应用，常见于蒸馏、冷凝、换热等工艺中。
5、空气冷却器：空气冷却器是通过将热介质与空气进行直接接触换热以实现散热的设备。
它广泛应用于汽车制造、发电、空调等领域中，常见于汽车散热器、工业冷却塔等设备中。
6、气体换热器：气体换热器是用于气体之间或气体与流体之间进行热量传递的设备。
它广泛应用于化工、石油、空调等行业中，常见于石油加热炉、工业炉和空调设备中。
7、换热器在日常生活中的应用：除了工业领域，换热器在日常生活中也有广泛应用。
例如，家用燃气热水器就是一种热水换热器，通过燃烧燃气来加热水，并通过换热器将热能传递给水，从而提供热水供应。
另外，冰箱中的制冷循环系统中也包括了换热器，通过换热器将室内的热量传递给制冷剂，从而实现冷冻。
总结而言，换热设备的种类繁多，根据不同的工作原理和应用场景可以选择合适的换热设备，如壳管换热器、板式换热器、螺旋板换热器、管束换热器、空气冷却器和气体换热器等。
换热器的分类详解
螺旋板式换热器
传热面积大 传热效率高 易制造 材料利用率高 自身冲刷不易结垢 可全逆流流动 传热温差小
特别适合高粘度流体的加热或 冷却、含有固体颗粒的悬浮液 的换热
板式换热器
板式换热器
较低流速下即可达到湍流，具有较高的传热效率；
结构紧凑；
使用灵活； 清洗和维温度等；
U形管式换热器
优点——结构比较简单、价格便宜，承压能力强。 缺点—— 壳程流体易短路，传热不利。当管子泄漏损坏时，只有外 层U形管可更换，内层管只能堵死，坏一根U形管相当于坏两根管， 报废率较高。 应用——管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要应用 清洗，又不 宜采用浮头式和固定管板式的场合。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。
缠绕管式换热器
适用于同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大热量且管内 介质操作压力较高的场合,如制氧等低温过程中使用的换热设备等。
管壳式换热器
一、固定管板式 二、浮头式 三、U形管式 四、填料函式 五、釜式重沸器
结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成 本较低、选用材料范围广、换热表面清洗较方便、可用于高温和高 压。 传热效率、结构紧凑性及单位换热面积所需金属消耗量等方面均不 如一些新型高效紧凑式换热器。
浮头式
优点 ——管间和管内清洗方便，不会产生热应力 缺点 ——结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消 耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。 结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大， 且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。 应用——壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合
换热器的种类及应用
换热器的种类及应用换热器是一种用于传热的设备，广泛应用于化工、电力、冶金、石油等行业。
根据传热方式和工作原理的不同，换热器可以分为多种类型。
1. 管壳式换热器：管壳式换热器是最常见的换热器之一。
它由管束和外壳组成，热媒通过管束流动，被换热的物质则在外壳中流动，通过管壳内外流体的对流和传导传热，实现换热过程。
管壳式换热器广泛应用于化工、冶金等行业的蒸发、冷凝、汽化、加热等工艺中。
2. 板式换热器：板式换热器采用多层波纹板组成，通过多个波纹板的叠加形成通道，在通道内实现换热。
板式换热器具有换热效率高、紧凑、易于清洗等优点，被广泛应用于空调、制冷、化工、食品加工等领域。
3. 管束式换热器：管束式换热器由多根平行布置的管子组成，通过管子内的热媒与外壳中的被换热物质进行换热。
管束式换热器适用于高温、高压、粘稠液体的换热过程，常用于石油、化工等行业。
4. 螺旋板换热器：螺旋板换热器采用螺旋板作为热传输面，通过螺旋板的内外壁形成两个流通通道，通过流体在螺旋板内外壁之间交替流动，实现换热。
螺旋板换热器具有高换热效率、低压降等优点，广泛应用于化工、制药等行业。
5. 空气冷却器：空气冷却器以空气作为冷却介质，通过与被冷却物质接触，将被冷却物质的热量传递给空气，使其冷却。
空气冷却器广泛应用于电力、化工等行业中的冷却系统，如发电厂中的冷却塔、汽车发动机中的散热器等。
6. 管式加热器：管式加热器是一种通过将热媒加热后传递给被加热物质，实现加热的设备。
管式加热器应用于化工、电力等行业中需要对物质进行加热的工艺中，如石油精制中的加热炉、电站中的锅炉等。
总之，换热器可以根据不同的换热原理和应用场景，分为管壳式换热器、板式换热器、管束式换热器、螺旋板换热器、空气冷却器和管式加热器等多种类型。
这些换热器在不同的工业领域中发挥着重要作用，提高了能源利用效率，降低了设备运行成本，促进了工业生产的发展。
换热设备(换热器、热交换器)
换热设备（换热器、热交换 器）
作用：用来实现热量的传递， 使热量由高温流体传递给低 温流体。
换热设备（换热器、热交换器）
地位：在炼油厂，用于换热设 备 的 费 用 约 占 总 费 用 的 35 ％ ~40 ％，在化工厂约占总费用 的10％~20％。
应用
蓄热式换热器（或回热式换热器）
这种蓄热式换热器主要用于废气 温度很高而需要预热空气的场合， 石油化工厂也有用其作为裂解炉的。 由此难免存在着一小部分流体相互 掺和的现象，必须注意可能造成流 体的“污染”问题，由此而可能带 来的安全问题必须有相应的技术措 施。图 8—2为蓄热式换热器示意图。
蓄热式换热器图
应用
? 在完成热量传递的同 时．换热设备还可以在生产 工艺流程中起到不同的作用。
? 例如控制介质的温度 (加 热器、冷却器、余热锅炉等 )；
应用
? 控制介质的压力 (冷凝器、 再沸器、蒸发器等)；
? 控制介质汽化的流量 (蒸 发器、再沸器等 )；控制介质 冷凝的流量 (冷凝器、冷凝冷 却器等)。
? 优点：管外流体的传热系数大，且便于 检修和清洗。
? 缺点：体积庞大，冷却水用量较大，有 时喷淋效果不够理想。
发展趋势
?（2）种类繁多：随着石油 化学工业的迅速发展，换 热设各种类繁多，而且新 型结构也不断出现。
发展趋势
?（3）随着石油、化工装置 的大型化，换热设备正朝 着强化传热、高效紧凑、 降低热阻以及防止流体诱 导振动等方向发展。
换热器主要介绍内容
? 主要介绍目前广泛应 用且量多面广的钢制管壳 式换热器，而对其它型式 的换热器只作一定篇幅的 介绍。
2.换热设备的分类及特点
供热流程及换热站设备
供热流程及换热站设备
供热流程主要包括以下几个步骤：热源，输送系统，换热站，用户系统。
2.输送系统：输送系统主要用于将热能从热源输送到换热站。
输送系
统中使用的介质多为水蒸汽、热水或热油。
输送系统主要由管道、泵站和
阀门组成。
管道负责将热介质从热源输送到换热站，泵站负责提供输送介
质所需的动力，而阀门则用于调节介质的流量和压力。
3.换热站：换热站是供热系统中的关键设备，用于将热能从输送系统
中传递给用户系统。
换热站通常由换热器、泵组、控制系统等部分组成。
其中，换热器是实现热能传递的核心设备，常见的换热器包括板式换热器、管壳式换热器等。
泵组负责为用户系统提供所需的流量和压力，控制系统
则用于监控和调节供热系统的运行状态。
4.用户系统：用户系统是最终利用供热系统提供的热能进行采暖或生
活热水供应的设备组合。
用户系统通常包括散热器、暖通设备、热水器等。
散热器是最常见的用户设备，通过散热器中的热交换器将热能传递给室内
空气，实现室内的采暖效果。
而暖通设备则包括风机盘管、新风机组等，
负责调节室内的温度和湿度。
热水器则用于提供生活用热水。
综上所述，供热流程及其中的关键设备包括热源、输送系统、换热站
和用户系统。
这些设备和流程协同工作，确保供热系统能够高效稳定地提
供热能，满足用户的需求。
同时，不同的供热系统可能采用不同的设备和
流程，根据具体情况进行调整和优化，以提高供热的效果和经济性。
换热器的分类
换热器的分类换热器的分类换热器是化工,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. 换热器是指两种不同温度的流体进行热量交换的设备。
换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。
随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：1.根据冷,热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类,即间壁式,混合式和蓄热式.在三类换热器中,间壁式换热器应用最多,：1.1间壁式换热器的类型1.1.1 夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.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.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却.1.1.2沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器.1.1.3 喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善.1.1.4套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大. 套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式.1.1.5管壳式换热器管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位. 管壳式换热器主要有壳体,管束,管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上.在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程.管束的壁面即为传热面. 为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板.折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加.常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛. 流体在管内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.为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组.这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程.同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程.在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同.如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱.因此,当管束和壳体温度差超过50℃时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力.1.2混合式换热器混合式热交换器是依靠冷、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。
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DN32 DN32
卧式壳管式冷凝器的特点
使用广泛，多用于大、中型制冷机组。 制冷剂为氨或氟里昂 传热系数高 水侧多管程，冷却水温升为4-6℃，如果使用
地下水温差加大。 冷却水耗水量小 对冷却水水质要求高，清洗不方便 水侧流动阻力大
2.立式壳管式冷凝器
立式壳管式冷凝器的特点
一般用于大、中型氨制冷系统 传热系数低于卧式，传热温差4-6 ℃ 可安装在室外 不易结垢，故对水质要求不高 占地面积小，但体积大 冷却水耗量大冷却水温2-3 ℃ 需要高的操作平台
6、相关热力计算
传热面积的确定： A k Kt
冷却水流量：
G k c t
冷凝器的热负荷确定：k 0 Pe k 0 Pin
k 0
k=MR(h2 h3)
开启式压缩机 封闭式压缩机
对数传热温差的确定
tm
t2 t1 ln tk t1
tk t2
3) 冷凝器的传热系数
传热过程
制冷剂侧
的放热
制冷剂蒸气的流速和流向的影响
传热壁面粗糙度的影响
制冷剂蒸气中含空气或 其它不凝性气体的影响 制冷剂蒸气中含油对凝结放热的影响 冷凝器构造型式的影响
2.影响冷却介质 侧放热的因素
冷却介质的性质 冷却水或空气的流速影响 冷却介质的洁净程度
8、清除和预防冷凝器结水垢的方法 1）机械除垢法
2）酸洗法
蒸发器 作用：将节流阀出来的制冷剂气化吸热，输出冷量
分类
1.满夜式蒸发器
管外：制冷剂 管内：冷冻水
为避免液态制冷剂被带出蒸发器： 氟利昂系统制冷剂充液高度为筒径的55%～65% 氨系统制冷剂充液高度为筒径的70%～80%
2.水箱式蒸发器
3.干式壳管式蒸发器
干式壳管蒸发器
设置折流板的（隔板）的目的？
DN50 5mm 54mm
DN50
设计条件：蒸发温度2℃,冷凝温度31℃，制冷量35.4kW,冷冻水进出水温度12/7℃
3.套管式冷凝器
❖ 制冷剂为上进下出，制冷剂走管外，冷却水走管内； ➢套管式冷凝器
❖ 制冷剂走形成圆环状的管外，冷却水走管内；
套管式冷凝器的特点
多用于冷量小于40kw的氟利昂制冷机组； 传热效果好，但易结垢； 结构简单，易加工； 冷却水流动阻力大； 金属耗量大。
4.板式冷凝器
板片排道 水
管壁导 冷却剂侧 热热阻 污垢热阻
冷却剂侧 放热热阻
冷却剂侧 的放热
2.3传热系数比较
传热性能影响因素 ➢制冷剂或润滑油高温分解产生不凝性气体，冷凝器壁面 被气体层遮盖，增加了热阻，导致冷凝温度升高； ➢制冷剂比热大，密度大，导热系数大，可带走热量多； ➢污垢热阻导致冷凝温度升高。
1）影响制冷剂侧蒸气 凝结放热的因素
三、风冷式冷凝器
自然对流空气冷却式冷凝器
空气强制对流冷凝器
空气强制对流冷凝器
风冷式冷凝器特点
优点： 1、不需要冷却水 2、可安装在室外，节省机房面积 2、自然对流式无噪音、无需动力 缺点 1、体积庞大，传热面积大 2、制冷机功耗大
四、水冷式冷凝器
1. 卧式壳管式冷凝器
DN22 DN22
1 02
传热系数 热流密度
五、提高蒸发器传热效率
1.氨制冷系统，应定期排油； 2.适当提高载冷剂流速； 3.及时清除载冷剂侧水垢； 4.冷库中应定期除霜； 5.防止蒸发温度过低，避免结冰。
板式换热器也有一定缺点：
①板片制造要求高，造价较高； ②板片之间间隙较小，冷却水中如有杂质存在易堵塞，因此 对水质要求较高。
蒸发式冷凝器 依靠空气将水冷却，同时盘管受到空气和水的双重影响
蒸发式冷凝器的特点
兼备水冷式和风冷式的特点 适用于中、小型氨和氟利昂制冷机组 传热系数比较高，冷凝温度低 耗水量少 造价高 清洗、维修均较麻烦
4.直接蒸发式空气冷却器
四、热力计算
1.选用原则： 依据制冷剂、载冷剂的种类、供冷方式。
2.传热面积的确定：
1）基本传热方程式：Qo KAt MR(h1 h4)
2）传热面积： 3)传热温差：
A Qo Qo Kt
(t t ) (t t )
tm
1 01
1 02
ln
(t1 (t
t01) t )
金属壁内侧 油膜的导热
金属壁和垢 层的导热
传热系数
水冷冷凝器(以传热管外表面计算)(式中各参数见书注解):
1
1
K 0
Roie
F 0
F
(Rf
1 ) F0
w Fi
风冷冷凝器(以传热管外表面计算，制冷剂管内流动):
1
K
(10
Roie )
F0 Fn
F 0
F
Rf
1
w
制冷剂侧 放热热阻
油膜热阻
蒸气压缩式制冷系统的组成
冷却水系统：冷凝器， 冷却水泵，冷却塔
冷冻水系统：蒸发器， 冷冻水泵，空调末端
换热设备
一、冷凝器的作用 二、冷凝器的类型
冷凝器按冷却方式
空气冷却式 水冷式
水和空气联合 冷却式冷凝器
2.冷凝器 作用：将压缩机排放的过热蒸汽冷凝成饱和 或过冷液体
风冷
冷却方式 水冷
水和空气联合
冷媒
面板
•完全对流 •易结垢 •抗腐蚀 •低结冰可能性 •冷媒量少 •运行经济性
板式换热器的优点： ①结构紧凑、体积小、重量大约只有相同传热面积的壳管式 换热器的25％，因此便于运输和安装； ②制冷剂充注量小，大约只需壳管式换热器的20％～40％； ③换热面积可通过改变板片数目任意调节； ④可靠性高； ⑤工艺过程简单，适合于批量生产。