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换热器的选型和设计
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分类及结构特点
1.按照作用原理分类（1）间壁式换热器（冷热流体不允许混合的场合各种管式和板式换热）（2）直接接触式换热器（凉水塔、洗涤塔、文氏管、喷射冷凝器）（3）蓄热式换热器（4）中间载热体式换热器2.按用途分类（1）加热器（2）预热器（3）过热器（4）蒸发器（5）再沸器（6） 冷却器（7）冷凝器3.按换热器传热面形状和结构分类（1）管式换热器（2） 板式换热器（3）特殊形式换热器4.按换热器所用材料分类（1）金属材料换热器（2）非金属材料换热器各换热器的特点如下表所示：管式 | 管壳式 | 固定管板式 | 刚性结构：用于管壳温差较小的情况（≤50℃）管间不能清洗 |
带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低压力 | |||
浮头式 | 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合， | ||
U型管式 | 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 | ||
填料函式 | 外填料函：管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆易燃及压力较高的场合 | ||
内填料函：密封性能差，只能用于压差较小的场合 | |||
釜式 | 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 | ||
套管式 | 双套管式 | 结构比较复杂，主要用于高温高压场合，或固定床反应器中 | |
套管式 | 能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器也预热器 | ||
螺旋盘 管式 | 浸没式 | 用于管内流体的冷却、冷凝，或者管外流体的加热 | |
喷淋式 | 只用于管内流体的冷却或冷凝 | ||
板式 | 板式 | 拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热 | |
螺旋板 | 可进行严格的逆流操作，有自洁作用，可回收低温热能 | ||
伞板式 | 伞形传热板结构紧凑，拆洗方便，通道较小，易堵，要求流体干净 | ||
板壳式 | 板束类似于管束，可抽出清洗检查，压力不能太高 | ||
扩展 表面式 | 板翅式 | 结构十分紧凑，传热效率高，流体阻力大 | |
管翅式 | 适用于气体和液体之间传热，传热效率高，用于化工、动力、空调 | ||
蓄热式 | 回旋式 | 盘式 | 传热效率高，用于高温烟气冷却等 |
鼓式 | 用于空气预热器等 | ||
固定 格室式 | 紧凑式 | 适用于低温到高温的各种条件 | |
非紧凑式 | 可用于高温及腐蚀性气体场合 |
1.热负荷（显热+潜热的变化量）
2.流体流量的大小
3.流体的性质
4.流体在换热器中的温度及温度的变化
5.流体允许的压降
6.对清洗、维修的要求
7.设备结构的制造与材料
8.价格、使用安全性与寿命
9.技术经济指标的分析
管壳式换热器的选型1.适用范围①压力：允许压力从高真空~41.5MPa，Pmax=60MPa，F≤5000m2②温度：-100℃~1100℃ （-270℃≤tmax≤1450）2.容量大、结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强3.U形管，适用于管、壳壁面温差较大，壳程易结垢管程清洁不易结垢及高温高压、腐蚀性强的场合，即高温高压腐蚀性强的介质走管内，密封易解决。4.其他特殊类型换热器如下表1. 板式 | ~25atm | -40℃~200℃ | F≤2000m2 | |
2. 空冷器 | ||||
3. 板翅式 | ~70atm | -150℃~100℃ | F≤200m2 | |
4. 螺旋板式 | ~20atm | -80℃~400℃ | F≤200m2 | |
5. 多管式 | ~300atm | -100℃~600℃ | F≤50m2 | |
6. 折流杆式 | ~300atm | -100℃~600℃ | F≤5000m2 | |
7. 蛇管式 | ~200atm | -260℃~600℃ | F≤2000m2 | |
8. 热管式 | ~6atm | -40℃~350℃ | F≤2000m2 | |
9. 单 管 式 | 套管式 | ~300atm | -100℃~600℃ | F≤10m2 |
长号式 | ~300atm | 0℃~300℃ | F≤100m2 | |
蛇管式 | ~300atm | -150℃~100℃ | F≤10m2 | |
10. 翅片式 | 空冷器 | 详见注释 | ||
板翅式 | ~70atm | -260℃~100℃铝 | F≤1000m2 | |
11. 耐腐蚀特殊材料 | 石墨 | ~7atm | ≤160℃ | F≤700m2 |
聚四氟乙烯 | ~5atm | ≤150℃ | F≤80m2 | |
~9atm | ≤280℃ | F≤25m2 |
对于大污垢系数、高粘度选1或2型换热器较好；对于大污垢系数、高粘度压降较大时选3较理想；
对于10翅片式空冷器选择条件：
①水供应困难
②水质不好，如结垢腐蚀
③水热引起热污染，一般工艺出口温度较高＞65℃（即＞大气环境温度15~20℃），比列管式经济；工艺物料＜50℃用水冷。
总传热系数
①有相变
②无相变
常用换热器的总传热系数（W/m2*℃）如下表
流股A | 流股B | 管壳式 | 板式 | 螺旋板 | 其他型式 |
水 | 冷却水 | 814.1 | 4652 | 1744.5 | 选板式换热器较理想 |
烃类 μ＜1cp | 冷却水 | 581.5 | 1744.5 | 1163 | 考虑板式换热器或空冷器 |
烃类 5＜μ＜10cp | 冷却水 | 290.75 | 1163 | 697.8 | |
气体（1bar） | 冷却水 | 81.41 | 232.6 | 93 | a．若选用低翅片管，总传热系数可增大两倍以上。U=174.45(1bar) b．折流杆式换热器的压力损失小，另外，X型壳体和螺旋板式的压力损失也小 c．为防止管子振动破坏，可选用折流杆式换热器、管窗内部排的管壳式换热器 d．如果气侧设计压力低于4.9bar（g），考虑用高翅片管 e．空冷式和管壳式换热器的总传热系数相当 |
气体（5bar） | 冷却水 | 174.45 | 232.6 | 232.6 | |
气体（10bar） | 冷却水 | 302.38 | 232.6 | 348.9 | |
气体（20bar） | 冷却水 | 383.8 | |||
烃类 5＜μ＜10cp | 烃类 5＜μ＜10cp | 174.45 | 697.8 | 465.2 | 若在管壳式换热器中流动为层流，则使用板式换热器较为合理 |
气体（1bar） | 气体（1bar） | 46.52 | a．热管型换热器的总传热系数462.5（4.9bar） b．低压降型式 的换热器：折流杆式、X型壳体这两种型式的总传热系数相近 c．紧凑式换热器：板翅式换热器（铝材或不锈钢） d．高温工况：板翅式（不锈钢）蛇管式换热器（总传热系数和管式换热器相近 | ||
气体（5bar） | 气体（5bar） | 116.3 | |||
气体（10bar） | 气体（10bar） | 209.34 | |||
气体（20bar） | 气体（20bar） | 290.75 | |||
气体（1bar） | 烃类μ=10cp | 69.78 | 81.41 | 对高粘度流体可选用螺旋式换热器 | |
气体（5bar） | 烃类μ=5cp | 151.2 | 174.45 | ||
气体（20bar） | 烃类μ＜1 | 383.8 | |||
蒸汽 | 冷却水 | 1046.7 | 1744.5 | 选错流型式的螺旋板换热器 | |
蒸汽 | 烃类 | 814.1 | 1395.6 | 选错流型式的螺旋板换热器 |
换热器类型 | 管程数限制 |
U型管式 | 任意偶数，分程隔板只装在换热器前端 |
固定管板式 | 任意数，前、后两端均有分程隔板 |
拔出封头式 | 任意偶数，对于单程管，必须在浮头端加密封节；一般不用于单管程换热器 |
带外密封套环的浮头式 | 单管程或双管程，因为尾部没有分程隔板 |
带双开卡环的浮头式 | 任意偶数，单管程时浮头端要加装密封节 |
带填料函的浮头式 | 任意数 |
壳内径 | 最大管程数 |
＜250 | 4 |
250~510 | 6 |
510~760 | 8 |
760~1020 | 10 |
1270 | 12 |
END
来源：公开信息
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