




换热终温的确定
换热终温一般由工艺过程的需要确定。当换热终温可以选择时,其数值对换热器是否经济合理有很大的影响。在热流体出口温度与冷流体出口温度相等的情况下,热量利用效率,但是有效传热温差,换热面积。
另外,在确定物流出口温度时,不希望出现温度交叉现象,即热流体出口温度低于冷流体出口温度。
设备结构的选择
对于一定的工艺条件,首先应确定设备的形式,例如选择固定管板形式还是浮头形式等。参照下表1-7.
在换热器设计过程中,强化传热总的目标概括有:在给定换热量下减少换热器的尺寸;提高现有换热器的性能;减小流动工质的温差;或者降低泵的功率。
传热过程是指两种流体通过硬设备的壁面进行热交换的过程,按照流体的传热方式基本上可以分为无相变和有相变两种类型。无相变过程强化传热技术的研究,一般依据控制热阻侧而采取相应的措施:
如采用扩展管内或者管外表面;采用管内插***;改变管束支撑件形式;加入不互溶的低沸点添加剂等方法,以增强传热效果。
螺纹管性能特点
在管子类型中,螺纹管属于管外扩展表面的类型,在普通换热管外壁轧制成螺纹状的低翅片,用以增加外侧的传热面积。螺纹管表面积比光管可扩展1.6-2.7倍,与光管相比,
当管外流速一样时,壳程传热热阻可以缩小相应的倍数,而管内流体因管径的减小,则压力降会略有增大。螺纹管比较适宜于壳程传热系数相当于管程传热系数1/3-3/5的工况。
波纹管换热器的性能特点
以改变管内流体流动状态、增强传热效果的典型管形为波纹管、内插物管。波纹管是在无切削的机加工中,管内被挤出凸肋从而改变了管内壁滞流层的流动状态,减少了流体传热热阻,增强了传热效果。
折流杆换热器的性能特点
折流杆换热器、双弓板换热器、盘环式换热器、旋流式换热器等,都属于通过壳程管束支撑件、大幅度降低阻力提高流速或改变流动方式从而达到强化传热的目的。折流杆换热器每根换热管的四个方向上,用折流杆加以固定,具有很好的防震性能。
换热器用膨胀节的型式
换热管的排列形式
换热管标准的排列形式见图
a) 三角形
三角形排列(包括正三角形排列和转角三角形排列)是为普遍的排列形式,特别是用在壳程介质较清洁,换热管外不需要清洗的固定管板换热器中。
b) 正方形排列
正方形排列一般多用于需对换热管外进行清洗的浮头换热器和U 形管换热器中。
c) 正三角形排列和转角正方形排列(见图a、d),在传热上称为错列,介质流动时可形成湍流,对传热有利。而转角三角形和正方形排列(见图b、c)在传热上称为直列,介质流动时有一部分是层流,对传热有不利影响。
因此,对于无相变的换热器,因其传热与介质流动状态关系较大。故宜采用正三角形或转角正方形排列。对于有相变的冷凝器,因为传热与介质的流动关系较小,仅与管壁凝液流动方向的关系较大,一般可采用转角三角形和正方形排列。
管壳式换热器类型
浮头换热器结构:
两端管板中只有一端与壳体固定,另一端可相对壳体自由移动,称为浮头。浮头由浮头管板,钩圈和浮头盖组成,是可拆连接,管束可从壳体中抽出。管束与壳体的热变形互不约束,不会产生热应力。
优点:可抽式管束,当换热管为正方形或转角正方形排列时,管束可抽出进行机械清洗,适用于易结垢及堵塞的工况。一端可自由浮动,无需考虑温差应力,可用于大温差场合。
缺点:结构复杂,造价高,设备笨重,材料消耗大。浮头端结构复杂影响排管数。浮头密封面在操作时,易产生内漏。
适用范围: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。浮头换热器在炼油行业或乙烯行业中应用较多,由于内浮头结构限制了使用压力和温度一般情况Pmax≤6.4MPa,Tmax≤400℃。