换热器实习报告

实习报告实习目的: 了解列管式换热器的历史、原理、种类。熟悉列管式换热器的生产过程,掌握列管式换热器的组成结构。实习地点:兰州市七里河区实习单位:兰州兴业有限公司主要内容:参观兰州兴业有限公司,观看工人生产列管式换热器各个程序以及技术员的耐心讲解。这次毕业设计实习我们去了一家生产列管式换热器的工厂,通过这次的实习,见到了具体的实物,丰富了我的见闻,让自己对于换热器有了更深入的了解。虽然我的毕业设计做得是热管换热器,但其实换热器的原理是一样的,完全可以做到一通百通,通过对不同换热器的了解知道了设计换热器的关键就变得简单了。换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备,又称热交换器。换热器是,在生产中占有重要地,应,懂得了这些原理那么一切也位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等用更加广泛。换热器种类很多,但根据冷、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。在三类换热器中换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体,间壁式换热器应用最多。,使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备,又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域,随着节能技术的飞速发展,换热器的种类越来越多。换热器的分类适用于不同介质、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: 一、换热器按传热原理分类1、表面式换热器表面式换热器是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,两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体,把热量从高温流体传递给低温流体,热介质先通过加热固体物质达到一定温度后,冷介质再通过固体物质被加热,使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。1 3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器,是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,热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环,在高温流体接受热量,在低温流体换热器把热量释放给低温流体。4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备例如,冷水塔、气体冷凝器等。二、换热器按用途分类1、加热器加热器是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、预热器预热器预先加热流体,为工序操作提供标准的工艺参数。3、过热器过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。,4、蒸发器蒸发器用于加热流体,达到沸点以上温度,使其流体蒸发,一般有相的变化。三、按换热器的结构分类可分为:浮头式换热器、固定管板式换热器、等。通过这次实习我知道了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。管壳式(又称列管式)换热器是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,内部装有平行管束或者螺旋管,管束两端固定于管板上。所需材质,可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。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,过程一般

U形管板换热器、板式换热器在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管子的型号不一为直径16mm 20mm或者25mm三个型号,管壁厚度一般为1mm,1.5mm,2mm以及2.5mm。进口换热器,直径最低可以到8mm,壁厚仅为0.6mm。大大提高了换热效率,今年来也在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器,螺旋管束设计,可以最大限度的,最大可以达到4.6增加湍流效果,加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计倍。这种不对称设计,决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k,大大提高生产效率,节约成本。同时,由于管壳式换热器多为金属结构,随着中国新版GMP的推出,不锈钢316L 为主体的换热器,将成为饮料,食品,以及制药行业的必选。双管板换热器也称P型换热器,是在管壳式换热器的两头各加一个管板有效防止泄漏造成的污染。现在国产品牌较少可以到几十万。符合新版,可以,价格昂贵,一般在10万元以上,进口

GMP规定,虽价格昂贵,但决定其市场广阔。

: 一、列管式换热器的种类可以分为1.固定管板式换热器固定管板式换热器由两端管板和壳体构成。由于其结构简单固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,运用比较广泛。,是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右,占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展,应用领域不断扩大,利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜,但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上,管板分别焊在外壳两端,并在其上连接有顶盖,顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的,而管内管外是两种不同温度的流体。因此,当管壁与壳壁温差较大时,由于两者的热膨胀不同,产生了很大的温差应力,以至管子扭弯或使管子从管板上松脱,甚至毁坏换热器。为了克服温差应力必须有温差补偿装置,一般在管壁与壳壁温度相差

50℃以上时,为安全起见,换热器应有温差补偿装置。但补偿装置(膨胀节)只能用在壳壁与

0.6Mpa时管壁温差低于60~70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过由于补偿圈过厚,难以伸缩,失去温差补偿的作用,就应考虑其他结构。2.浮头式换热器浮头式换热器两端的管板,一端不与壳体相连,该端称浮头。管子受热时,管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩,完全消除了温差应力。其结构为在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布,设浮头法兰,且,为凸型和梯型凸台双密封,分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖,其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或,螺杆相组配,用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径,同时相应变更加大相关零部件的尺寸;另配置一无外力辅助钢圈,其圈体内径大于浮头管板外径,钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封。换热器的一块管板用法兰与外壳相连接,另一块管板不与外壳连接,以使管子,另一端设法兰或受热或冷却时可以自由伸缩,但在这块管板上连接一个顶盖,称之为“浮头”,所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是

:管束可以拉出,以便清洗;管束的膨胀不,不会因管束与壳体的热膨胀量的不变壳体约束,因而当两种换热器介质的温差大时同而产生温差应力。其缺点为结构复杂,造价高。,而另一端的管板可在壳体内自由浮动, 浮头式换热器的一端管板与壳体固定壳体和管束对膨胀是自由的,故当两张介质的温差较大时,管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构,使管束能容易的插入或抽出壳体。

(也可设,而且浮动计成不可拆的)。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。浮头换热器的浮头部分结构,按不同的要求可设计成各种形式,除必须考虑管束能在设备内自由移动外,还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径

Di,一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样,当浮头出的钩圈拆除后,即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配,所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展,以及长期以来使用经验的积累,钩圈的,要求密封可靠,结结构形式也得到了不段的改进和完善。钩圈一般都为对开式结构构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管近年来受到不断涌现的新型换热器的挑战,但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。3.填料函式换热器这种设备的结构特点与浮头式换热器相类似,浮头部分露在壳体以外,在浮头,使得与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构管束在壳体轴向可以自由伸缩,不会产生壳壁与管壁热变形差而引起的热应力。其结构较浮头式换热器简单,加工制造方便,节省材料,造价比较低廉,且管束从壳体内可以抽出,管内、管间都能进行清洗,维修方便。因填料处易产生泄漏,填料函式换热器一般适用于适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质料函式换热器现在已很少采用。4.U型管式换热器U形管式换热器,管壳式换热器的一种,属石油化工设备,由管箱、壳体及管束等主要部件组成,每根管子都弯成U形,两端固定在同一块管板上,每根管子皆可自由伸缩,从而解决热补偿问题。此类换热器的特点是管束可以自由伸缩,不会因管壳之间的温差而产生热应力，4MPa以下的工作条件,且不,使用温度也受填料的物性限制。填热补偿性能好;管程为双管程,流程较长,流速较高,传热性能较好;承压能力强;管束可从壳体内抽出,便于检修和清洗,且结构简单,造价便宜。但管内清洗不便,管束中间部分的管子难以更换,又因最内层管子弯曲半径不能太小紧凑,所以管子数不能太多,且管束中心部分存在间隙, 使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外,为了弥补弯管后管壁的减薄,直,仅宜用于管壳壁温相差较大，,在管板中心部分布管不管部分需用壁较厚的管子。这就影响了它的使用场合或壳程介质易结垢而管程介质清洁及不易结垢,高温、高压、腐蚀性强的情形。管程至少为两程,管束可以抽出清洗,管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难管子更换困难,管板上排列的管子少。优点是结构简单件。二、列管式换热器的折流挡板为提高壳程流体流速,往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速,还迫使流体按规定路径多次错,前者更,质量轻,适用于高温高压条,流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种为常用。三、列管式换热器的多壳程换热器列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响减小热应力,根据所采取的温差补偿措施。四、列管式换热器渗漏解析换热器渗漏是换热器使用中最为常见的设备管理问题少部分是由于换热器选型和换热器本身的制造工艺缺陷,采取各种补偿的办法,消除或,渗漏主要是腐蚀造成的，列管式换热器的腐蚀形式,管板与列管的焊接一基本有两种:电化学腐蚀和化学腐蚀。列管式换热器在制作时般采用手工电弧焊,焊缝形状存在不同程度的缺陷,如凹陷、气孔、夹渣等,焊缝应,而工业冷却水中的杂力的分布也不均匀。使用时管板部分一般与工业冷却水接触质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀。这就是我们常说的电化学腐蚀。研究表明,工业水无论是淡水还是海水,都会有各种离子和溶解的氧气,其中氯离子和氧的浓度变化,对金属的腐蚀形状起重要作用。另外,金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此,管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看,管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物,分布着大小不等的凹坑。以海水为介质时,换热器管板接触各种各样的化学介,还会产生电偶腐蚀。化学腐蚀就是介质的腐蚀质,就会受到化学介质的腐蚀。另外,换热器管板还会与换热管之间产生一定的双金属腐蚀。一些管板还长期处于腐蚀介质的冲蚀中。尤其是固定管板换热器差应力, 管板与换热管联接处极易泄漏,导致换热器失效。综上所述,影响换热器管板腐蚀的主要因素有

:, 还有温(1)介质成分和浓度:浓度的影响不一,例如在盐酸中,一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为时,腐蚀反而急剧下降;(2)杂质:有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等情况下会引起严重腐蚀(3)温度:腐蚀是一种化学反应,温度每提升10℃,腐蚀速度约增加1~3倍,但也有例外;(4)ph值:一般ph值越小,金属的腐蚀越大;(5)流速:多数情况下流速越大,腐蚀也越大。五、列管式换热器渗漏解决通常大多数企业的做法就是尽量采购质量高的换热器,经过细心维护,让换热,这些杂质在某些

50%左右的硫酸中腐蚀最严重,而当浓度增加到60%以上器寿命尽可能的延长,不可避免的出现渗漏以后,就会被迫停机堆焊,2~4人需要几天时间才能修复完成,如果企业高薪聘请的高级焊工,还能保证换热器继续使用一段时间,如果焊工的技术一般,那么就会造成更多的漏点甚至报废的换热器,这是由于此种传统方法造成的种种弊端,企业不得不更换新,完全不能保证企业的安全连续性,通过引入福世蓝高分子生产,因此,众多企业积极寻求新技术解决换热器渗漏问题复合材料的耐腐蚀性和抗冲刷性新换热器存在的焊缝和砂眼问题,通过提前对新换热器的保护,这样不仅有效治理了,更避免了使用后化学物质腐蚀换热器金属表面和

;焊接点,在以后的定期维修时,也可以涂抹福世蓝高分子复合材料来保护裸露的金属即使使用后出现了渗漏现象,也可以通过福世蓝技术及时修复,避免了长时间的堆焊维修影响生产。正是由于此种精细化的管理大降低,不仅降低了换热器的设备采购成本产品竞争力。,才使得换热器渗漏问题出现的概率大,更保证了产品质量、生产时间,提高了21世纪初国内河南省巩义市终于研制出了碳化硅质列管式陶瓷换热器。陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展,因为它较好地解决了耐腐蚀，,表明陶瓷换耐高温等课题,成为了回收高温余热的最佳换热器。经过多年生产实践热器效果很好。它的主要优点是

:导热性能好,高温强度高,耐腐蚀、抗氧化、抗热震性能好。寿命长,维修量小,性能可靠稳定,操作简便。是目前回收高温烟气余热的最佳装置。央视报道国内首次攻克金属等传统材料在高温或恶劣环境下容易损坏的难题。首次研发并投入使用的以陶瓷替代金属的换热器新技术已经列入了国家火炬计划。这一新技术将工业窑炉原来用的冷空气变成了热空气,不仅提高了工作效率还,工业用途广节约了大量能源。由于陶瓷换热器是提高能源利用率的主要设备之一泛,因而其推广应用前景十分可观。在目前而言,陶瓷换热器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行业主要热工窑炉,正在为世界的节能减排事业作出了巨大的贡献。陶瓷换热器是一种新型的列管式高温热能回收装置广泛用于冶金、机械、建材、化工等行业,主要成份为碳化硅,可以

850-,直接回收各种工业窑炉排放的1400℃高温烟气余热,以获得高温助燃空气或工艺气体。陶瓷换热器研制成的这种装置的换热元件材料系一种新型碳化硅工程陶瓷具有耐高温和抗热冲击的优异性能,它,从1000 ℃风冷至室温,反复50 次以上不出现裂纹;导热系数与不锈钢等同;在氧化性和酸性介质中具有良好的耐蚀性。在结构上成功地解决了热补偿和较好地解决了气体密封问题。该装置传热效率高显著,用以预热助燃空气或加热某些过程的工艺气体,节能效果,可节约一次能源,燃料节约率可达30 %-55%,并可强化工艺过程,显著提高生产能力。陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同,导热性与抗氧化性能是材,温度较高的地料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近方,不需要掺冷风及高温保护,当窑炉温度1250-1450℃时,烟道出口的温度应是1000-1300℃,陶瓷换热器回收余热可达到

450-750℃,将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧,这样直接降低生产成本,增加经济效益。陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展了耐腐蚀,耐高温等课题。它的主要优点是,因为它较好地解决

:导热性能好,高温强度高,抗氧化、抗热震性能好。寿命长,维修量小,性能可靠稳定,操作简便。随着经济的发展,各种不同型式和种类的换热器发展很快换热器不断涌现。为了适应发展的需要,新结构、新材料的，,中国对某些种类的换热器已经建立了标准

: 形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求(1)合理地实现所规定的工艺条件;(2)结构安全可靠;(3)便于制造、安装、操作和维修;(4)经济上合理。换热器的应用广泛,日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等,都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度是提高能源利用率的主要设备之一。而当今换热器中能源利用率效率最高的是热管换热器于热管换热器的工程应用。由于热管换热器的起步较晚中,但它的优越性是毫无疑问的。,这次的毕业设计就是关,所以其现在还处在研究之,同时也热管是一种具有高导热性能的传热组件,热管技术首先于1944年由美国人高

为名取,由格勒(R·S·Gaugler)所发现,并以“热传递装置”(Heat Transter Device)得专利,当时因未显示出实用意义,而没有受到应有的重视。直到六十年代初期于宇航事业的发展,要求为宇航飞行器提供高效传热组件,促使美国洛斯——阿拉莫,并斯科学实验室的格罗弗(G·M·Grover)于1964年再次发现这种传热装置的原理命名为热管(Heat Pipe)，首先成功地应用于宇航技术,之后引起了各国学者的极大兴趣和重视。热管技术于上世纪七八十年代进入中国。热管是一种具有高导热性能的传热元件,它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量,具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决解决了耐高温、耐腐蚀的难题。以热管为传热元件的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中,作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备显著的经济效益。按照热流体和冷流体的状态,热管换热器可分为:气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。按照热管换热器的结构形式可分为组合式。其主要特点有: 1、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开,在运行过程中:整体式、分离式和,取得了,陶瓷换热器较好地单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动的逆流换热。冷热流体均在管外流动,可以比较容易的实现冷、热流体,由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数,用于品位较低的热能回收场合非常经济。3、对于含尘量较高的流体,热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。4、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时凝段的传热面积来调整热管管壁温度其工业用途也相当广泛,如: 一、化学工业1、硫酸系统热管换热器回收焚烧炉出口高温收高温气体的余热,产生热水或蒸汽供系统使用。2、医药、日化工业热管换热器可用于回收药气或废气的余热干燥物料。3、利用可变热导热管可对反应床层进行恒温控制的同时,取出或输入反应热,利用热,生产清洁热风，SOx气体的余热、在转化工段回,可以通过调整蒸发段、冷,使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。4、大型化肥厂合成对流段盘管;中、小型氮肥厂造气工程、变换工段管式蒸发器回收工艺气余热产生蒸汽供合成氨系统使用热器。5、甲醇转化炉对流段盘管。6、苯酐装置热容器。二、电力工业,变换工段一、二水加利用热管换热器可作为各种锅炉的尾部受热面。如热管式空气预热器可替代传统的回转式空气预热器和列管式空气预热器,提高受热面壁温,避免露点腐蚀,提高炉膛进风温度和炉膛含氧量,减少漏风,延长锅炉运行周期。1、工业锅炉尾部的热管空气预热器

.热管式省煤器或翅片管省煤器。

:,进一步降2、电站锅炉尾部的热管空气预热器可分下列几种用途(1)在原低温段空气预热器的空气入口前设置一热管式空气预热器低锅炉排烟温度,减少排烟热损,提高锅炉效率;(2)整个低温段空气预热器均为热管式结构(3)用锅炉排放的热烟气加热脱硫后的冷烟气

;,即电站脱硫的GGH。(4)电力输送线路的保护,在高海拔及寒冷地区的电力输送塔、变电站等都需要热管来保护其地基不会因季节变化而过度膨胀或者融沉。三、石油化工1、炼油厂的常压炉、减压炉、常减压二合一炉、加氢炉利用热管式空气预热器回收出炉烟气的余热加热空气

.减粘炉、重整炉等，,以提高加热炉的送风温度。,可产生中压蒸汽2 炼油厂催化装置再生烟气和各种内、外取热器的余热回收并用于动力系统。3、乙烯裂解炉对流段盘管、炼油厂加热炉对流段盘管。四、冶金工业1、炼铁厂用高炉烟气来预热空气、煤气的单预热或双预热整体式或分离式热管换热器,回收热风炉烟气余热,节约煤气,提高热风炉的升温速度、炉顶温度和送风温度降低炼铁焦比,节约焦炭。2、利用热管式蒸汽发生器或翅片管式蒸汽发生器回收各种带冷机和环冷机所输送的烧结矿的显热,产生蒸汽。五、建材建筑对于水泥、陶瓷等建材行业,利用换热器回收窑炉烟气的余热,产生热风或热水。如热管式热风炉或热管.列管组合式热风炉,可产生500℃以下的热风,干燥清洁物料。建筑业热管式空气预热器可用于室外的新鲜空气和室内的浑浊空气之间的热交换;在集中空调制冷机组中,利用热管换热器口收废气余热产生低压蒸汽供空调制冷机组使用。六、交通工程近10年来,热管技术在交通工程上有很大的拓展铁路的守护者--热管。热管解决了几十年都没有解决的问题,比如高寒高海拔地区的道路、桥梁、石,解决了很多以往几十青藏油管线的保护,越来越多地以来热管元件了。最具有代表性的是我国青藏铁路的建设,青藏铁路穿过很多冻土区域,因环保的要求,不能随意采取措施来保护铁路而去破坏土壤环境,热管不但能满足环保的要求,也能满足保护铁路的要求,它的工作原理只是在冬天的时候,通过传热,自动地缩小地上与地下的温差,从而使冻土在夏天不致融化,以达到保护铁路路基的目的。七、石油天然气工业高寒冷地区的石油或者其他流体的输送管线也会因季节的变化,导致管线的基础也会因季节的变化而变形,这种变化会破坏管线,导致重大事故。同时管道内的流体与管道摩擦也会产生大量的热量,这些热量累积起来非常客观,长期以往会对环境,为了保护那里的永冻土层,产生毁灭性的破坏,美国在建设阿拉斯加输油管线的时候在管线沿线设立了大量的热管以阻止管线热量向地下传播。八、电子工业在电子工业领域,热管散热器也逐渐流行开来,这些散热器相比以往的普通的风冷或者水冷的方式来说,大大地节约了成本、降低的噪音、减少了空间要求、最关键的散热效率是以往方式不可比拟的。小到笔记本里面用到新型的热管散热器。,大到高铁动车里面都会

第2篇：热管换热器实习报告

实习报告

实习目的: 了解列管式换热器的历史、原理、种类。熟悉列管式换热器的生产过程，掌握列管式换热器的组成结构。

实习地点： 兰州市七里河区 实习单位： 兰州兴业有限公司

主要内容： 参观兰州兴业有限公司，观看工人生产列管式换热器各个程序以及技术员的耐心讲解。

这次毕业设计实习我们去了一家生产列管式换热器的工厂，通过这次的实习，见到了具体的实物，丰富了我的见闻，让自己对于换热器有了更深入的了解。虽然我的毕业设计做得是热管换热器，但其实换热器的原理是一样的，完全可以做到一通百通，通过对不同换热器的了解知道了设计换热器的关键，懂得了这些原理那么一切也就变得简单了。

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。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。换热器种类很多，但根据冷、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。

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。换热器作为传热设备被广泛用于锅炉暖通领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。

换热器的分类

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：

一、换热器按传热原理分类

1、表面式换热器

表面式换热器是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，两种流体之间进行换热。表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

2、蓄热式换热器

蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3、流体连接间接式换热器

流体连接间接式换热器，是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，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器

直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

二、换热器按用途分类

1、加热器

加热器是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

预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。

3、过热器

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

蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。

三、按换热器的结构分类

可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。

通过这次实习我知道了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。管壳式(又称列管式)换热器是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，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。所需材质，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。

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。管子的型号不一，过程一般为直径16mm 20mm或者25mm三个型号，管壁厚度一般为1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。进口换热器，直径最低可以到8mm，壁厚仅为0.6mm。大大提高了换热效率，今年来也在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍。这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k，大大提高生产效率，节约成本。

同时，由于管壳式换热器多为金属结构，随着中国新版GMP的推出，不锈钢316L为主体的换热器，将成为饮料，食品，以及制药行业的必选。

双管板换热器也称P型换热器，是在管壳式换热器的两头各加一个管板，可以有效防止泄漏造成的污染。现在国产品牌较少，价格昂贵，一般在10万元以上，进口可以到几十万。符合新版GMP规定，虽价格昂贵，但决定其市场广阔。一、列管式换热器的种类可以分为：

1.固定管板式换热器

固定管板式换热器由两端管板和壳体构成。由于其结构简单，运用比较广泛。2

固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。

这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。

为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。

2.浮头式换热器

浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。

其结构为在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，设浮头法兰为凸型和梯型凸台双密封，分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰，且凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配，该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖，其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片，该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径，同时相应变更加大相关零部件的尺寸；另配置一无外力辅助钢圈，其圈体内径大于浮头管板外径，钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封，另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封。

换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。

浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，3

壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。（也可设计成不可拆的）。这样为检修、清洗提供了方便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。

在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。

浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管近年来受到不断涌现的新型换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。

3.填料函式换热器

这种设备的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自由伸缩，不会产生壳壁与管壁热变形差而引起的热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。

因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。

4.U型管式换热器

U形管式换热器，管壳式换热器的一种，属石油化工设备，由管箱、壳体及管束等主要部件组成，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。

此类换热器的特点是管束可以自由伸缩，不会因管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。但管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分布管不紧凑，所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙，4

使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部分需用壁较厚的管子。这就影响了它的使用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介质易结 垢而管程介质清洁及不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的情形。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。

二、列管式换热器的折流挡板

为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，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。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。三、列管式换热器的多壳程换热器

列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力，根据所采取的温差补偿措施。四、列管式换热器渗漏解析

换热器渗漏是换热器使用中最为常见的设备管理问题，渗漏主要是腐蚀造成的，少部分是由于换热器选型和换热器本身的制造工艺缺陷，列管式换热器的腐蚀形式基本有两种：电化学腐蚀和化学腐蚀。列管式换热器在制作时，管板与列管的焊接一般采用手工电弧焊，焊缝形状存在不同程度的缺陷，如凹陷、气孔、夹渣等，焊缝应力的分布也不均匀。使用时管板部分一般与工业冷却水接触，而工业冷却水中的杂质、盐类、气体、微生物都会构成对管板和焊缝的腐蚀。这就是我们常说的电化学腐蚀。研究表明，工业水无论是淡水还是海水，都会有各种离子和溶解的氧气，其中氯离子和氧的浓度变化，对金属的腐蚀形状起重要作用。另外，金属结构的复杂程度也会影响腐蚀形态。因此，管板与列管焊缝的腐蚀以孔蚀和缝隙腐蚀为主。从外观看，管板表面会有许多腐蚀产物和积沉物，分布着大小不等的凹坑。以海水为介质时，还会产生电偶腐蚀。化学腐蚀就是介质的腐蚀，换热器管板接触各种各样的化学介质，就会受到化学介质的腐蚀。另外，换热器管板还会与换热管之间产生一定的双金属腐蚀。一些管板还长期处于腐蚀介质的冲蚀中。尤其是固定管板换热器, 还有温差应力, 管板与换热管联接处极易泄漏,导致换热器失效。

综上所述，影响换热器管板腐蚀的主要因素有：

（1）介质成分和浓度：浓度的影响不一，例如在盐酸中，一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重，而当浓度增加到60%以上时，腐蚀反而急剧下降；

（2）杂质：有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等，这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀

（3）温度：腐蚀是一种化学反应，温度每提升 10℃，腐蚀速度约增加1~3倍，但也有例外；

（4）ph值：一般ph值越小，金属的腐蚀越大；

（5）流速：多数情况下流速越大，腐蚀也越大。

五、列管式换热器渗漏解决

通常大多数企业的做法就是尽量采购质量高的换热器，经过细心维护，让换热器寿命尽可能的延长，不可避免的出现渗漏以后，就会被迫停机堆焊，2～4人需要几天时间才能修复完成，如果企业高薪聘请的高级焊工，还能保证换热器继续使用一段时间，如果焊工的技术一般，那么就会造成更多的漏点甚至报废，企业不得不更换新的换热器，这是由于此种传统方法造成的种种弊端，完全不能保证企业的安全连续性生产，因此，众多企业积极寻求新技术解决换热器渗漏问题，通过引入福世蓝高分子复合材料的耐腐蚀性和抗冲刷性，通过提前对新换热器的保护，这样不仅有效治理了新换热器存在的焊缝和砂眼问题，更避免了使用后化学物质腐蚀换热器金属表面和焊接点，在以后的定期维修时，也可以涂抹福世蓝高分子复合材料来保护裸露的金属；即使使用后出现了渗漏现象，也可以通过福世蓝技术及时修复，避免了长时间的堆焊维修影响生产。正是由于此种精细化的管理，才使得换热器渗漏问题出现的概率大大降低，不仅降低了换热器的设备采购成本，更保证了产品质量、生产时间，提高了产品竞争力。

21世纪初国内河南省巩义市终于研制出了碳化硅质列管式陶瓷换热器。陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题，成为了回收高温余热的最佳换热器。经过多年生产实践，表明陶瓷换热器效果很好。它的主要优点是：导热性能好，高温强度高，耐腐蚀、抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。是目前回收高温烟气余热的最佳装置。

央视报道国内首次攻克金属等传统材料在高温或恶劣环境下容易损坏的难题。首次研发并投入使用的以陶瓷替代金属的换热器新技术已经列入了国家火炬计划。这一新技术将工业窑炉原来用的冷空气变成了热空气，不仅提高了工作效率还节约了大量能源。由于陶瓷换热器是提高能源利用率的主要设备之一，工业用途广泛，因而其推广应用前景十分可观。

在目前而言，陶瓷换热器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行业主要热工窑炉，正在为世界的节能减排事业作出了巨大的贡献。

陶瓷换热器是一种新型的列管式高温热能回收装置，主要成份为碳化硅，可以广泛用于冶金、机械、建材、化工等行业，直接回收各种工业窑炉排放的850－1400℃高温烟气余热，以获得高温助燃空气或工艺气体。

陶瓷换热器研制成的这种装置的换热元件材料系一种新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高温和抗热冲击的优异性能，从 1000 ℃ 风冷至室温，反复50 次以上不出现裂纹；导热系数与不锈钢等同；在氧化性和酸性介质中具有良好的耐蚀性。在结构上成功地解决了热补偿和较好地解决了气体密封问题。该装置传热效率高，节能效果显著，用以预热助燃空气或加热某些过程的工艺气体，可节约一次能源，燃料节约率可达30 %－55%，并可强化工艺过程，显著提高生产能力。

陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同，导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温度较高的地方，不需要掺冷风及高温保护，当窑炉温度1250-1450℃时，烟道出口的温度应是1000-1300℃，陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃，将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，这样直接降低生产成本，增加经济效益。

陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题。它的主要优点是：导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。

随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，中国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：

（1）合理地实现所规定的工艺条件；

（2）结构安全可靠；

（3）便于制造、安装、操作和维修；

（4）经济上合理。

换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

而当今换热器中能源利用率效率最高的是热管换热器，这次的毕业设计就是关于热管换热器的工程应用。由于热管换热器的起步较晚，所以其现在还处在研究之中，但它的优越性是毫无疑问的。

热管是一种具有高导热性能的传热组件，热管技术首先于1944年由美国人高格勒（R·S·Gaugler）所发现，并以“热传递装置”（Heat Transter Device）为名取得专利，当时因未显示出实用意义，而没有受到应有的重视。直到六十年代初期，由于宇航事业的发展，要求为宇航飞行器提供高效传热组件，促使美国洛斯——阿拉莫斯科学实验室的格罗弗（G·M·Grover）于1964年再次发现这种传热装置的原理，并命名为热管（Heat Pipe），首先成功地应用于宇航技术，之后引起了各国学者的极 7

大兴趣和重视。热管技术于上世纪七八十年代进入中国。

热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。

以热管为传热元件的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为：气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。按照热管换热器的结构形式可分为：整体式、分离式和组合式。

其主要特点有：

1、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具有很高的可靠性。

2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济。

3、对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。

4、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。

其工业用途也相当广泛，如：

一、化学工业

1、硫酸系统热管换热器回收焚烧炉出口高温SOx气体的余热、在转化工段回收高温气体的余热，产生热水或蒸汽供系统使用。

2、医药、日化工业热管换热器可用于回收药气或废气的余热，生产清洁热风，干燥物料。

3、利用可变热导热管可对反应床层进行恒温控制的同时，取出或输入反应热

4、大型化肥厂合成对流段盘管；中、小型氮肥厂造气工程、变换工段，利用热管式蒸发器回收工艺气余热产生蒸汽供合成氨系统使用，变换工段一、二水加热器。

5、甲醇转化炉对流段盘管。

6、苯酐装置热容器。 二、电力工业

利用热管换热器可作为各种锅炉的尾部受热面。如热管式空气预热器可替代传统的回转式空气预热器和列管式空气预热器，提高受热面壁温，避免露点腐蚀，提高炉膛进风温度和炉膛含氧量，减少漏风，延长锅炉运行周期。

1、工业锅炉尾部的热管空气预热器．热管式省煤器或翅片管省煤器。

2、电站锅炉尾部的热管空气预热器可分下列几种用途：

（1）在原低温段空气预热器的空气入口前设置一热管式空气预热器，进一步降低锅炉排烟温度，减少排烟热损，提高锅炉效率；

（2）整个低温段空气预热器均为热管式结构；

（3）用锅炉排放的热烟气加热脱硫后的冷烟气，即电站脱硫的GGH。

（4）电力输送线路的保护，在高海拔及寒冷地区的电力输送塔、变电站等都需要热管来保护其地基不会因季节变化而过度膨胀或者融沉。

三、石油化工

1、炼油厂的常压炉、减压炉、常减压二合一炉、加氢炉．减粘炉、重整炉等，利用热管式空气预热器回收出炉烟气的余热加热空气，以提高加热炉的送风温度。

2 炼油厂催化装置再生烟气和各种内、外取热器的余热回收，可产生中压蒸汽并用于动力系统。

3、乙烯裂解炉对流段盘管、炼油厂加热炉对流段盘管。

四、冶金工业

1、炼铁厂用高炉烟气来预热空气、煤气的单预热或双预热整体式或分离式热管换热器，回收热风炉烟气余热，节约煤气，提高热风炉的升温速度、炉顶温度和送风温度 降低炼铁焦比，节约焦炭。

2、利用热管式蒸汽发生器或翅片管式蒸汽发生器回收各种带冷机和环冷机所输送的烧结矿的显热，产生蒸汽。

五、建材建筑

对于水泥、陶瓷等建材行业，利用换热器回收窑炉烟气的余热，产生热风或热水。如热管式热风炉或热管．列管组合式热风炉，可产生500℃以下的热风，干燥清洁物料。建筑业热管式空气预热器可用于室外的新鲜空气和室内的浑浊空气之间的热交换；在集中空调制冷机组中，利用热管换热器口收废气余热产生低压蒸汽供空调制冷机组使用。

六、交通工程

近10年来，热管技术在交通工程上有很大的拓展，解决了很多以往几十 青藏 9

铁路的守护者--热管。

热管解决了几十年都没有解决的问题，比如高寒高海拔地区的道路、桥梁、石油管线的保护，越来越多地以来热管元件了。最具有代表性的是我国青藏铁路的建设，青藏铁路穿过很多冻土区域，因环保的要求，不能随意采取措施来保护铁路而去破坏土壤环境，热管不但能满足环保的要求，也能满足保护铁路的要求，它的工作原理只是在冬天的时候，通过传热，自动地缩小地上与地下的温差，从而使冻土在夏天不致融化，以达到保护铁路路基的目的。

七、石油天然气工业

高寒冷地区的石油或者其他流体的输送管线也会因季节的变化，导致管线的基础也会因季节的变化而变形，这种变化会破坏管线，导致重大事故。同时管道内的流体与管道摩擦也会产生大量的热量，这些热量累积起来非常客观，长期以往会对环境产生毁灭性的破坏，美国在建设阿拉斯加输油管线的时候，为了保护那里的永冻土层，在管线沿线设立了大量的热管以阻止管线热量向地下传播。

八、电子工业

在电子工业领域，热管散热器也逐渐流行开来，这些散热器相比以往的普通的风冷或者水冷的方式来说，大大地节约了成本、降低的噪音、减少了空间要求、最关键的散热效率是以往方式不可比拟的。小到笔记本里面，大到高铁动车里面都会用到新型的热管散热器。

第3篇：换热器浮头换热器

浮头式换热器

一、浮头式换热器的概述

浮头式换热器的一端管板是固定的。与壳体刚性连接，另一端管板是活动的，与壳体之间并不相连。活动管板一侧总称为浮头，浮头式换热器的管束可从壳体中抽出，故管外壁清洗方便，管束可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构复杂、造价高，且浮头处若密封不严会造成两种流体混合。浮头式换热器适用于冷热流体温差较大（一般冷流进口与热流进口温差可达110℃），介质易结垢需要清洗的场合。

二、浮头式换热器的总体结构

三、浮头式换热器的特点

1、浮头式换热器的优点

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程。（2）介质间温差不受限制。

（3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450°，压力小于等于6.4Mpa。（4）可用于结垢比较严重的场合。（5）可用于管程易腐蚀场合。

2、浮头式换热器的缺点 （1）小浮头易发生内漏。

（2）金属材料耗量大，成本高20%。（3）结构复杂。

三、浮头式换热器的应用

浮头式换热器适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。

四、浮头式换热器的导流结构

为使壳程进口段管束充分传热，浮头式换热器可采用内导流或外导流结构。

1、内导流浮头式换热器

内导流筒换热器是在换热器的壳程筒体内设置了内导流筒使换热器的前或后端未加导流筒前难以利用换热的换热管得以充分利用，从而增大换热器的有效换热面积。

2、外导流浮头式换热器

外导流式换热器是在原换热器的壳程筒体上增加一个放大筒节用以扩散壳程流体，并使流体从换热器壳程的两端进入壳程，从而避免了在换热器布管时考虑布管弓形的高，而使增加了同规格上换热器的布管数目并有效利用了换热器前后端的换热管从而增大了有效换热面积。

第4篇：换热器心得

换热器心得.换热器机组控制是学校为地方经济服务开设的一门课程，也为学生提供了就业的另一途径，四平市被称为全国换热器之乡，在这里对于我们自动化专业的学生是比较好就业的地方。实训的第三天，下午一点在张旭老师带领下，我们参观了四平巨元瀚洋板式换热器有限公司。首先公司员工为我们介绍公司的状况和主要生产器件。然后在师傅的带领下，我们参观了车间，我们看到制作板式换热器的全过程，师傅详细讲解了每一道制作的步骤，加深了我们对板式换热器的更深一步得了解。经介绍四平巨元瀚洋板式换热器有限公司与有着丰富资本运作经验的深圳比克公司重组，达成战略合作伙伴关系，于2009年6月30日在美国纳斯达克实现柜台交易，并于今年7月8日借壳在美国纳斯达克成功转为主板上市，成为吉林省第一家在纳斯达克资本市场成功上市的公司。四平巨元瀚洋板式换热器有限公司的上市，是四平市进行资本运作的成功典范。

通过参观板式换热器工厂，对这门课程有了感性的认识，对换热器的结构有了具体认识。在理解换热器工艺的基础上，掌握了换热器装配中常用 的技术设计要求，掌握了换热器冷热交换及设计工艺。

这次实训让我明白板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。板片由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。? 框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。? 板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间，然后用夹紧螺栓夹 这次实训使我感受很深：

一、要学会吃苦恼劳不在困难面前低头，在工作时不应耍脾气要学会适应别人与别人沟通我们工作是一个团体不是个人的。要想做好任何事，除了自己平时要有功底外，我们还需要一定的实践动手能力，操作能力，每个同学都应该完善自己的文化知识。在这个竞争如此激烈的社会中，只有努力充实自己才能不被社会淘汰。

二、以前在学校对自己的未来十分迷茫，但通过这次实训我们体会到了我们这一行的艰辛和干这一行所需要必备怎样的能力，在校期间我们要明确自己未来的方向、定下目标给自己定位，并克服困难提升能力来适应自己的岗位。

增强了我们对本专业的热爱，培养了我们实事求是、一丝不苟的学风；培养了我们脚踏实地、团结协作的作风和敬业爱岗的精神，激励了学生的创意和创新精神；

培养了我们认真、刻苦，勇于实践的工作作风，养成规范、严谨的工作态度，使我们想着具有高层次社会道德、文化修养并掌握先进技术理念与技能的工艺技术人员、助理工程人员又迈进了一步！

这是一个短暂而又充实的实训，虽然结束了但是我们获益匪浅。虽然实训结束了但我们现在的学习并未结束，我们应该珍惜在学校的短短时光，多学习，把自身的弱势和不足变成优势与特长，扫清我们就业道路的阻碍，为自己的未来而努力加油!

在此要感谢我们亲爱的老师是你们无私的奉献给我们更多的希望。我会努力加油，用优异的成绩来回报你和社会。

第5篇：换热器综述

换热器的综述

前言

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。

换热器组内的传热过程目的一般可以分为两类: 一类是为了热功转换, 另一类是为了加热或者冷却物体.相应地, 传热过程也包含熵产最小以及火积耗散极大这两种不同的优化原理.通过分析换热器组内的传热过程, 并在一定约束条件下利用不同的原理对换热器组的面积分配进行优化, 得出熵产最小原理适用于包含在热力循环中的换热器优化问题, 而火积耗散极大原理则更适合分析仅涉及传热过程的换热器优化问题.并且, 在使用熵产最小原理优化热力循环中的换热器时, 除了需要考虑冷、热端换热器产生的熵产外, 也应考虑乏汽排放到外部环境引起的熵产.在换热器的设计中，很多因素都将影响到换热器的设计是否优化合理、安全可靠，是否能正常运转、高效耐用。本文通过对管壳式换热器设计的综述，增强对换热器设计环节的重视与考虑，使设计更加准确、完善。

一、换热器 1.1换热器的介绍

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器被应用于超过 80%的能源利用系统, 它是热能和化工等工程领域中最重要的设备之一.因此, 提高换热器的换热性能通常被认为是提高能源利用效率的关键因素之一.经过长期的不懈努力,科研人员已经提出了多种不同的主动/被动式强化换热技术来提高换热性能。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。

换热器的发展已经有近百年的历史，被广泛应用在石油、化、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域。进入80 年代以来，由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。按照制造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。

目前在发达的工业国家热回收率已达96 % ,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的35 %～40 %。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势, 约70 %。其余30 %为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备, 其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化, 并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以CFD、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。

管壳式换热器是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，结构一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面不如其它新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材范围广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。以下是几种常见的管壳式强化换热器。

螺旋槽管换热器，横纹管换热器，螺旋扁管换热器，螺旋扭曲管换热器，波纹管换热器，内翅片管换热器，缩放管换热器，波节管管壳式换热器，三维内肋管换热器，管内插入物换热器

1.2换热器发展前景：

换热器的所有种类中，管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水氯碱醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。

1.3换热器的工作原理

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，即在一个大的密闭容器内装上水或其他介质，而在容器内有管道穿过。让热水从管道内流过。由于管道内热水和容器内冷热水的温度差，会形成热交换，也就是初中物理的热平衡，高温物体的热量总是向低温物体传递，这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水，换热器又称热交换器

1.4换热器的维护

二、管壳式换热器简述 2.1管壳式换热器结构

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。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。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，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。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

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。

2.2管壳式换热器类型

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：

2.2.1固定管板式换热器 1）、结构特点：两块管板均与壳体相焊接，并加入了热补偿原件——膨胀节。2）、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。3）、缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的热应力。4）、适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。

5）膨胀节的作用：由于两块管板都与壳体固定，当壳体、换热管受热、受压都会发生变形，加入膨胀节减少热应力来吸收热膨胀差。

2.2.2 浮头式换热器 1）、结构特点：一块管板固定，另一块是浮动的与浮头盖用浮头钩圈法兰相连。2）、优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力。3）、缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在操作中无法检查。4）、适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易结垢的场合。

2.2.3 Ｕ形管式换热器 1）、结构特点：只有一块管板，换热管呈U形。2）、优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。3）、缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。4）、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。

2.3影响换热器管板腐蚀的主要因素有：

（1）介质成分和浓度：浓度的影响不一，例如在盐酸中，一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重，而当浓度增加到60%以上时，腐蚀反而急剧下降；

（2）杂质：有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离子、氨离子等，这些杂质在某些情况下会引起严重腐蚀

（3）温度：腐蚀是一种化学反应，温度每提升 10℃，腐蚀速度约增加1~3倍，但也有例外；（4）ph值：一般ph值越小，金属的腐蚀越大；（5）流速：多数情况下流速越大，腐蚀也越大。总结

随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

若要保持总传热系数，温度越大、换热管数越多，折流板数越多、壳径越大，这主要是因为煤油的出口温度增高，总的传热温差下降，所以换热面积要增大，才能保证Q和K.因此，换热器尺寸增大，金属材料消耗量相应增大.通过这个设计，我们可以知道，为提高传热效率，降低经济投入，设计参数的选择十分重要

在管壳式换热器设计过程中，设计者应当充分了解且熟悉各相关技术规范及计算公式，在对客户要求充分理解的基础上，参考其它成功的设计案例中的设计方式及相关资料，使设计出的产品达到安全、经济、可靠，做到设备长周期安全运行

三、参考文献

《换热器》秦叔经、叶文邦等，化学工业出版社（2003）《化工过程及设备设计》华南工学院化工原理教研室

《化工原理》天津大学化工原理教研室编 天津：天津大学出版社.（1999）《过程设备设计》（第二版）化学工业出版社

GB151-1999，管壳式换热器

黄伟昌，王玉.管壳式换热器设计要点综述[J].管道技术与设备，2009，（06）.董宝春.管壳式换热器的工艺设计[J].甘肃石油和化工，2009，（03）.陈群.换热器组传热性能的优化原理比较

第6篇：换热器论文

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管壳式换热器论文

摘要;本文主要介绍管壳式换热器。并分析其特点。关键词：管壳式换热器、传热管束、管板、折流板

正文：管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。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。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，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。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。管壳式换热器

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。

类型：由于管内外流体的温度不同，因此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

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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 管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

② 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

③ U型管换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

非金属材料换热器 化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用

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陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。

流道的选择

进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。

操作强化

当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。

管壳式换热器-shell and tube heat exchanger 由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。

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为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m2〃℃)〕;用水冷却气体时，为10～280W/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000W/(m2〃℃)。

分类

管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前 3种应用比较普遍。

固定管板式换热器

它是管壳式换热器的基本结构形式。管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上。在操作状态下由于管子与壳体的壁温不同，二者的热变形量也不同，从而在管子、壳体和管板中产生温差应力。这一点在分析管板强度和管子与管板连接的可靠性时必须予以考虑。为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器一般只在适当的温差应力范围、壳程压力不高的场合下

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采用。固定管板式换热器的结构简单、制造成本低，但参与换热的两流体的温差受一定限制；管间用机械方法清洗有困难，须采用化学方法清洗，因此要求壳程流体不易结垢。

浮头式换热器

浮头式换热器的结构为管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓连接，形成可在壳体内自由移动的浮头。由于壳体和管束间没有相互约束，即使两流体温差再大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。浮头式换热器适用于温度波动和温差大的场合；管束可从壳体内抽出用机械方法清洗管间或更换管束。但与固定管板式换热器相比，它的结构复杂、造价高。

U型管式换热器 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。管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。管束的U形端不加固定，可自由伸缩，故它适用于两流体温差较大的场合；又因其构造较浮头式换热器简单，只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少，造价较低，也适用于高压流体的换热。但管子有U形部分，管内清洗较直管困难，因此要求管程流体清洁，不易结垢。管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。相同直径的壳体内，U形管的排列数目较直管少，相应的传热面积也较小。

双重管式换热器

将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器。管程流体从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底

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部，然后返向，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热。但管程流体的阻力较大，设备造价较高。

填函式换热器

填函式换热器的结构，管束一端与壳体之间用填料密封。管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低；但填料处容易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不宜过大。

双管板换热器管子两端分别连接在两块管板上，两块管板之间留有一定的空间，并装设开孔接管。当管子与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管引出，因此可保证壳程流体和管程流体不致相互串漏和污染。双管板换热器主要用于严格要求参与换热的两流体不互相串漏的场合，但造价比固定管板式换热器高。

特点

这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。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

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动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，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。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；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。

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参考文献：1.http://www.xiexiebang.com/100k/read.php?tid=3280 3.江南 易宏 甑亮 岑汉钊.管壳式换热器壳程强化传热 研究进展.化肥工业 1998 25 6 : 27 321

4.罗运禄 谭志明 崔乃英 张绣云.氮肥厂换热设备的强 化改造.化肥工业

23 2 : 21 251

第7篇：换热器概论

换热器

机电工程技术学院 过程

091班 盖伟

随着科技高速发展的今天，换热器已广泛应用国内各个生产领域，换热器跟人们生活息息相关。换热器顾名思义就是用来热交换的机械设备。有气体-气体交换，气体-液体交换，液体-液体交换这几种。就是一种介质热能降低，另一种介质热能增多，达到热平衡，符合Q（吸）=Q（放）的热平衡公式。

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。换热器种类很多，但根据冷、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 换热器简介及分类

换热器是一种非常重要的换热设备，能够把热量从一种介质传递给另一种介质，在各种工业领域中有很广泛的应用。尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用更广泛。换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能。

换热器的种类很多，根据不同的工业领域可以选用不同的换热器，可以更大的发挥换热器的传递热量的作用。现在由于人们追求换热器重量轻、占地面积少、使用经济性高，从而推动了紧凑式换热表面的发展，所以紧凑式换热器在实际应用中种类很多。管壳式的换热器在过程工业中的应用很广泛。除了工业中用到的主要换热器种类，如紧凑式换热器、管壳式换热器、再生器和板式换热器外，还有其他特殊的换热器，如双套管、热管、螺旋式、板壳式、夹套式等。

换热器根据传递过程分为：间接接触式——直接传递式、蓄热式、流化床等。直接接触式——冷却塔。根据流动形式分为：并流、逆流、错流。

根据分成情况分类：单程换热器、多程换热器、根据流体的相态分类：气-液换热器、液-液换热器、气-气换热器。根据传热机理分类：冷凝器、蒸发器 1.2常见换热器原理及特点

各种换热器的作用、工作原理、结构以及其中工作的流体种类、数量等差别很大，因此几种常见换热器的构造和原理如下： ■ 板式换热器的构造原理、特点：

板式换热器由高效传热波纹板片及框架组成。板片由螺栓夹紧在固定压紧板及活动压紧板之间，在换热器内部就构成了许多流道，板与板之间用橡胶密封。压紧板上有本设备与外部连接的接管。板片用优质耐腐蚀金属薄板压制而成，四角冲有供介质进出的角孔，上下有挂孔。人字形波纹能增加对流体的扰动，使流体在低速下能达到湍流状态，获得高的传热效果。并采用特殊结构，保证两种流体介质不会串漏。■螺旋板式换热器的构造原理、特点：

螺旋板式换热器是一种高效换热器设备,适用汽－汽、汽－液、液－液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按 结构形式可分为 不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋 板式换热器。■ 列管式换热器的构造原理、特点： 列管式换热器（又名列管式冷凝器），按材质分为碳钢列管式换热器，不锈钢列管式换热器和碳钢与不锈钢混合列管式换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程，传热面积1～500m2，可根据用户需要定制。■ 管壳式换热器的构造原理、特点：

管壳式换热器是进行热交换操作的通用工艺设备。广泛应用于化工、石油、石油化工、电力、轻工、冶金、原子能、造船、航空、供热等工业部门中。特别是在石油炼制和化学加工装置中，占有极其重要的地位。■ 容积式换热器的构造原理、特点：

自动控温节能型容积式热交换器，它充分利用蒸汽能源、高效、节能，是一种新型热水器。普通热水器一般需要配置水水热交换器来降低蒸汽凝结水温度以便回用。而节能型热交换器凝结水出水温度在45℃左右，或直接回锅炉房重复使用。这样减少了设备投资，节约热交换器机房面积，从而降低基建造价，因此节能型容积式热交换器深受广大设计、用户单位欢迎。

钢衬铜热交换器比不锈钢热交换器经济，并且技术上有保证。它利用了钢的强度和铜的耐腐蚀性，即保证热交换器能承受一定工作压力，又使热交换器出水质量好。钢壳内衬铜的厚度一般为1.0mm。钢衬铜热交换器必须防止在罐内形成部分真空，因此产品出厂时均设有防真空阀。此阀除非定期检修是绝对不能取消的。部分真空的形成原因可能是排出不当，低水位时从热交换器，或者排水系统不良。水锤或突然的压力降也是造成压负的原因。■ 浮头式换热器的构造原理、特点：

浮头式换热器其一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程都要进行清洗的工况。

■ 管式换热器的构造原理、特点：

DLG型列管式换热器利用热传导和热辐射的原理，烟道气通过管程与逆流通过壳程的空气进行能量交换，从而达到输出洁净热空气的目的。该换热器结构紧凑，运行可靠，列管采用耐高温的薄壁波纹管，增加发传热面积和换热效率。广泛应用于化工、制药、轻工等行业废气余热利用和空气加热。■热管换热器的构造原理、特点：

热管是一种高效传热元件，其导热能力比金属高几百倍至数千倍。热管还具有均温特性好、热流密度可调、传热方向可逆等特性。用它组成热管换热器不仅具有热管固有的传热量大、温差小、重量轻体积小、热响应迅速等特点，而且还具有安装方便、维修简单、使用寿命长、阻力损失小、进、排风流道便于分隔、互不渗漏等特点。

热管是由内壁加工有槽道的两端密封的铝（轧）翅片管经清洗并抽成高真空后注入最佳液态工质而成，随注入液态工质的成分和比例不同，分为KLS低温热管换热器、GRSC-A中温热管换热器、GRSC-B高温热管换热器。热管一端受热时管内工质汽化，从热源吸收汽化热，汽化后蒸汽向另一端流动并遇冷凝结向散热区放出潜热。冷凝液借毛细力和重力的作用回流，继续受热汽化，这样往复循环将大量热量从加热区传递到散热区。热管内热量传递是通过工质的相变过程进行的。将热管元件按一定行列间距布置，成束装在框架的壳体内，用中间隔板将热管的加热段和散热段隔开，构成热管换热器。

■ 汽水换热器的构造原理、特点：

该换热器是在板式换热器的基础上加装降温与降压器而组成的，利用调节器对高蒸汽或高温水进行一级换热使之降之150℃以下。进入板式换热器进行换热，适用于高温蒸汽及高温水(150℃以上)。这种装置集板式换热器同时具有降温与降压器的优点。使换热器更加充分地进行热量交换。

■ 空气换热器的构造原理、特点：

加热炉窑为了降低能耗，在烟道中设置空气换热器，以回收烟气中的大量余热，达到节约燃料、降低生产成本，提高燃烧温度、增加炉子的产量。空气换热器是余热利用的理想设备，在轧钢加热炉、热处理炉、煅造加热炉等各种工业炉窑上得到广泛应用。炉用空气换热器的种类很多，目前国内外绝大多数采用的是金属换热器，空气换热器是利用炉窑排出的尾气热量将空气预热至一定的温度后返回炉内助燃或用于其它设备。金属换热器具有体积小、热交换效率高、严密性好、结构简单等特点。■ 波纹管换热器的构造原理、特点：

产品特点一种新型的强化传热节能型高效换热设备，在传统列管式换热器的基础上，采用强化传热技术，是对传统各类换热器的重大突破。公称通径DN325～2000mm；公称压力P0.6～.4Mpa；换热管规格Ф19,Ф25,Ф32,Ф42.壁厚0.5～1.0；工作介质水－水、汽－水、油－水、油－油等多种换热介质。总传热系数水－水K＝2000～3500w/㎡；汽－水K＝2500～4000w/㎡；其它介质视介质物理性能及工况而定。优性能传热效率高，防腐能力好，不污、不堵、不易结垢，无需维护，密封可靠，运行平稳，占地少，节省投资。■石墨换热器的构造原理、特点：

圆块孔式石墨换热器由柱形不渗透性石墨换热块、石墨上下盖和其间的氟氧橡胶（或柔性石墨）O型圈及金属外壳、压盖等组装而成。是目前较先进、性能较优越的一种石墨换热器。圆柱形石墨换热块有较高的结果强度，并易与解决密封问题；在密封中采用氟橡胶（或柔性石墨）O型圈密封介质，加装压力弹簧作为热胀冷缩的自动补偿，以起到密封保持作用；采用短通道提高紊流程度使设备结构度高、耐温耐压性能强、抗热冲击性能好、体积利用率高、传热效果好并便于装拆检修。设备纵向孔走腐蚀性介质，横向孔走非腐蚀性介质。

间壁式换热器的类型包括板式换热器，夹套式换热器，沉浸式蛇管换热器，喷淋式换热器，套管式换热器，管壳式换热器。

板式换热器是一种结构紧凑，组装方便，占地面积小，传热系数的热交换设备。当雷诺数为200时，就能达到湍流状态，热系数可达4000-7000W/M2℃，是同等流速的管壳式换热器的3至5倍。设计上是软硬结合的热混合的设计技术，不同的波纹面的孪生软硬板，根据不同的要求，可以组合不同的阻力的流道，从而使传热达到最优化，可实现其经济合理化。其最大的缺点由于组合件是有橡胶密封，承压有极限，不能应用相高压的环境中。由于板片之间交叉成网状结构，要求其运行的介质分子的颗粒要有一定的范围，不然很容易堵塞，由于独特的组合形式，泄露时维修极其方便，更换配件简单，所以大多行业用量较大，例如集中供热行业、轻工、石油、化工食品等多个行业。

管壳式换热器是一种设计复杂制造工艺繁琐的换热设备，在压力容器的制造过程中，必须遵守相应的章程和制度，管板的厚度，壳体的厚度都得符合GB6654-1996和GB713-1997的相应标准，不锈钢的标准符合GB/T4237-2007的水平，换热管的设计也要根据腐蚀程度，抗压能力上做严格的选择。其在运行的过程中流体的相对流向一般有顺流和逆流2种。顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小管式换热器在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。管式换热器当冷、热流体两者或其中一种有物相变化（沸腾或冷凝）时，由于相变时只放出或吸收汽化热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。管式换热器在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧黏滞于传热面上的流体薄层（称为边界层），和换热器使用中在壁两侧形成的。污垢层，金属壁的热阻相对较小.管式换热器增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。管式换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀 换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。管式换热器按不同方式不同分类1.固定管板式。固定管板式换热器的两端管和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，或膨胀节。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。特点为结构简单、造价低廉、壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净且不易结垢的物料。2.U形管式。U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。特点为结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。3.浮头式。换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。特点为结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。但就其安装要有一定的空间，占地面积大，使用于寿命较长冶金，焦化等要求热交换率低的场所。

换热器技术的发展前景，换热器在国民经济和化工生产领域中对产品质量、能量利用率以及系统经济性、可靠性起着举足轻重的作用因此开发新型高效和结构紧凑的换热器是目前换热器研究的一个重要方向。因此,几十年来,高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题,国内外先后推出了一系列新型高效换热器。新型高效换热器简介1 气动喷涂翅片管换热器2 焊接式板式换热器3 螺旋折流板换热器4 新型麻花管换热器Hitan绕丝花环换热器

而在我国换热器的制造技术远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。

在国外二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展，这一类换热器不但是从材料上有了较大的突破，而且采用新颖的理念，增加强化传热。70年代中期，为了进一步减小换热器的体积，减轻重量和金属消耗，减少换热器消耗的功率，并使换热器能够在较低温差下工作，人们更是采用各种科学的办法来增强换热器内的传热。

70年代的世界能源危机，有力促进了换热强化技术的发展。为了节能将耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效换热设备。所以这些年来，换热器的开发和研究成了人们关注的课题。当今换热器技术的发展以CFD（计算流体力学技术）、模型化技术、强化传热技术等形成一个高技术体系。所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系数指提高流体和传热之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理：温度边界层减勃和调换传热面附近的流体。

因此最近十几年来，强化传热技术受到了工业界的广泛重视，得到了十分迅速的发展，凝结是工业中普遍遇到的另一种相变换热过程，凝结换热系数很高，但经过强化措施还可以[3]进一步提升换热效率。

换热器的研究目的任何一种石油、化工产品，都是人们利用一定的生产技术和按照特定的工艺要求，将原料经过一系列的物理或化学加工处理得到的。在生产实践中，要实现某种化工生产就需要有相应的机器和设备。

石油化学等过程工业的绝大数生产过程都是在化工设备这一特定空间内进行的。化工容器及设备是为生产工艺过程服务的，它必须在规定的工艺条件下，在单位时间内，尽可能利用最少的资源，最小的空间生产最多的产品，而且在经济上也是最为合理的。他们的性能，对整个装置的产品产量、生产能力、消耗定额以及“三废”治理和环境保护等方面都有重大影响。

随着石油化工装置的大型化和高参数化，开发和应用新型、高效、节能的化工设备，对石油化工生产具有非常重大的意义。

[4] [参考文献] [1] 曹伟.国外新型换热器技术[J].机电设备,2000,(2):46~47.[2] 方书起,祝春进,等.强化传热技术与新型高效换热器研究进展[J].化工机械,2004,(31)4.[3] 马晓驰.国内外新型高效换热器[J].化工进展,2001,(20)1.[4] 矫明,徐宏,等.新型高效换热器发展现状及研究方向[J].化工设计通讯,2007,(33)3.[ 5] 宋亚非,姜丽,沈占军各种换热器的原理及应用[ J] 2010.11