【正文】 主要由殼體 、 管束 、 管板 、折流擋板和封頭等組成 。 一種流體在管內(nèi)流動(dòng) ， 其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng) ，其行程稱為殼程 。 管束的壁面即為傳熱面 。 圖 422 列管式換熱器 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 74 傳熱設(shè)備（換熱器） 間壁式換熱器的類型 優(yōu)點(diǎn)： 單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積大 ， 傳熱效果好 ， 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固 ， 可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣 ， 操作彈性大 ， 大型裝置中普遍采用 。 為提高殼程流體流速 ， 往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板 。 折流擋板不僅可防止流體短路 、 增加流體流速 ， 還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束 ， 使湍動(dòng)程度大為增加 。 常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種 ， 前者更為常用 。 圖 423 列管式換熱器折流擋板 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 75 傳熱設(shè)備（換熱器） 間壁式換熱器的類型 殼體內(nèi)裝有管束 ， 管束兩端固定在管板上 。 由于冷熱流體溫度不同 ，殼體和管束受熱不同 ， 其膨脹程度也不同 ， 如兩者溫差較大 ， 管子會(huì)扭彎 ， 從管板上脫落 ， 甚至毀壞換熱器 。 所以 ， 列管式換熱器必須從結(jié)構(gòu)上考慮熱膨脹的影響 ， 采取各種補(bǔ)償?shù)霓k法 ， 消除或減小熱應(yīng)力 。 （ 1） 固定管板式 根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施 ， 列管式換熱器可分為以下幾個(gè)型式 。 殼體與傳熱管壁溫度之差大于 50?C， 加補(bǔ)償圈 ， 也稱膨脹節(jié) ， 當(dāng)殼體和管束之間有溫差時(shí) ， 依靠補(bǔ)償圈的彈性變形來(lái)適應(yīng)它們之間的不同的熱膨脹 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 76 傳熱設(shè)備（換熱器） 間壁式換熱器的類型 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 成本低 ， 殼程檢修和清洗困難 ， 殼程必須是清潔 、 不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì) 。 圖 424 固定管板式（有膨脹節(jié)）換熱器 （ 2） 浮頭式 兩端的管板 ， 一端不與殼體相連 ， 可自由沿管長(zhǎng)方向浮動(dòng) 。 當(dāng)殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時(shí) ， 管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮 ， 可完全消除熱應(yīng)力 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 77 傳熱設(shè)備（換熱器） 間壁式換熱器的類型 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 ， 成本高 ， 消除了溫差應(yīng)力 ， 是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式 。 圖 425 內(nèi)浮頭式換熱器 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 78 傳熱設(shè)備（換熱器） 間壁式換熱器的類型 固定在同一管板上 ， 每根管子可自由伸縮 ， 來(lái)解決熱補(bǔ)償問(wèn)題 。 （ 3） U型管式 圖 426 U型管式換熱器 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 ， 管程不易清洗 ， 常為潔凈流體 ， 適用于高壓氣體的換熱 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 79 傳熱設(shè)備（換熱器） 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選用 選用步驟 （ 1） 根據(jù)工藝任務(wù) ， 計(jì)算熱負(fù)荷； （ 2） 計(jì)算平均溫度差； 先按單殼程多管程的計(jì)算 ， 如果校正系數(shù) ?， 應(yīng)增加殼程數(shù)； （ 3） 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取總傳熱系數(shù) ， 估算傳熱面積； （ 4） 確定冷熱流體流經(jīng)管程或殼程 ， 選定流體流速； 由流速和流量估算單管程的管子根數(shù) ， 由管子根數(shù)和估算的傳熱面積 ， 估算管子長(zhǎng)度 ， 再由系列標(biāo)準(zhǔn)選適當(dāng)型號(hào)的換熱器 。 （ 5） 核算總傳熱系數(shù)； 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 80 傳熱設(shè)備（換熱器） 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選用 分別計(jì)算管程和殼程的對(duì)流傳熱系數(shù) ， 確定垢阻 ， 求出總傳熱系數(shù) ，并與估算的總傳熱系數(shù)進(jìn)行比較 。 如果相差較多 ， 應(yīng)重新估算 。 （ 6） 計(jì)算傳熱面積 。 根據(jù)計(jì)算的總傳熱系數(shù)和平均溫度差 ， 計(jì)算傳熱面積 ， 并與選定的換熱器傳熱面積相比 ， 應(yīng)有 10%～ 25%的裕量 。 選用換熱器中的有關(guān)問(wèn)題 （ 1） 流體流經(jīng)管程或殼程的選擇原則 原則：傳熱效果好；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；清洗方便 。 ■ 不潔凈或易結(jié)垢的液體宜在管程 ， 因管內(nèi)清洗方便 。 ■ 腐蝕性流體宜在管程 ， 以免管束和殼體同時(shí)受到腐蝕 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 81 傳熱設(shè)備（換熱器） 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選用 （ 2） 流體的流速 流體的流速 ， 不僅直接影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) ， 而且影響污垢熱阻 ， 從而影響傳熱系數(shù)的大小 ， 特別對(duì)于含有泥沙等較易沉積顆粒的流體 ， 流速過(guò)低甚至可能導(dǎo)致管路堵塞 ， 嚴(yán)重影響到設(shè)備的使用 ， 但流速增大 ，又將使流體阻力增大 。 因此選擇適宜的流速是十分重要的 。 ■ 壓力高的流體宜在管內(nèi) ， 以免殼體承受壓力 。 ■ 飽和蒸汽宜走殼程 ， 飽和蒸汽比較清潔 ， 而且冷凝液容易排出 。 ■ 流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜 。 ■ 需要被冷卻物料一般選殼程 ， 便于散熱 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 82 傳熱設(shè)備（換熱器） 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選用 ～ 3～ 15 ～ 1 5～ 30 一般液體 宜結(jié)垢液體 氣體 殼程 管程 流速 m/s 流體種類 列管換熱器內(nèi)常用的流速范圍： 1500 1000～ 500 500～ 100 100～ 53 35～ 1 1 最大流速 m/s 液體粘度 不同粘度液體在列管換熱器中流速 （ 在鋼管中 ） ： 流動(dòng)方式的選擇 ： 除逆流和并流之外 ， 在列管式換熱器中冷 、 熱流體還可以作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動(dòng) 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 83 傳熱設(shè)備（換熱器） 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選用 （ 3） 換熱器中管子的規(guī)格和排列方式 當(dāng)流量一定時(shí) ， 管程或殼程越多 ， 對(duì)流傳熱系數(shù)越大 ， 對(duì)傳熱過(guò)程越有利 。 但是 ， 采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力損失 ， 即輸送流體的動(dòng)力費(fèi)用增加 。 因此 ， 在決定換熱器的程數(shù)時(shí) ， 需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的損失 。 當(dāng)采用多管程或多殼程時(shí) ， 列管式換熱器內(nèi)的流動(dòng)形式復(fù)雜 ， 對(duì)數(shù)平均值的溫差要加以修正 。 管子的規(guī)格 ?19 2mm和 ?25 管長(zhǎng)： 、 、 、 ； 排列方式：正三角形 、 正方形直列和錯(cuò)列排列 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 84 傳熱設(shè)備（換熱器） 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選用 （ 4） 折流擋板 安裝折流擋板的目的是為提高殼程對(duì)流傳熱系數(shù) ， 為取得良好的效果 ， 擋板的形狀和間距必須適當(dāng) 。 對(duì)圓缺形擋板而言 ， 弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng)情況有重要影響 。 圖 427 管子排列方式 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 85 傳熱設(shè)備（換熱器） 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)與選用 弓形缺口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生 死區(qū) ， 既不利于傳熱 ， 又往往增加流體阻力 。 擋板的間距對(duì)殼體的流動(dòng)亦有重要的影響 。 間距太大 ， 不能保證流體垂直流過(guò)管束 ， 使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小 ， 不便于制造和檢修 ， 阻力損失亦大 。 一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的 ～ 。 圖 4－ 28 擋板切除對(duì)流動(dòng)的影響 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 86 傳熱設(shè)備（換熱器） 換熱器傳熱過(guò)程的強(qiáng)化 增大傳熱平均溫度差 ?tm mtKAQ ?? 傳熱速率方程： 為了增強(qiáng)傳熱效率 ， 可采取 ?tm?、 A/V?、 K?的方法 。 利用 ?tm?來(lái)強(qiáng)化傳熱是有限的 。 （ 1） 兩側(cè)變溫情況下 ， 盡量采用逆流流動(dòng)； （ 2） 提高加熱劑 T1的溫度 （ 如用蒸汽加熱 ， 可提高蒸汽的壓力來(lái)達(dá)到提高其飽和溫度的目的 ） ；降低冷卻劑 t1的溫度 。 增大總傳熱系數(shù) K 2122111)1()1(1 AARAAbRKm????? ???2022年 6月 2日星期四 Process System principle 87 傳熱設(shè)備（換熱器） 換熱器傳熱過(guò)程的強(qiáng)化 （ 1） 盡可能利用有相變的熱載體 （ ?大 ） ； （ 2） 用 ?大的熱載體 ， 如液體金屬 Na等； （ 3） 減小金屬壁 、 污垢及兩側(cè)流體熱阻中較大者的熱阻； （ 4） 提高 ? 較小一側(cè)有效 。 提高 ? 的方法： 無(wú)相變傳熱： 1） 增大大流速； 2） 管內(nèi)加擾流元件； 3） 改變傳熱面形狀和增加粗糙度 。 增大單位體積的傳熱面積 A/V （ 1） 直接接觸傳熱：可增大 A和湍動(dòng)程度 ， 使 Q?。 （ 2） 采用高效新型換熱器 。 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 88 傳熱設(shè)備（換熱器） 換熱器傳熱過(guò)程的強(qiáng)化 改進(jìn)傳熱面結(jié)構(gòu) ， 提高傳熱面積 A和流體湍動(dòng)程度 ， 使 Q上升 。 (a)光直翅片 (b)鋸齒翅片 (c)多孔翅片 圖 4－ 29 傳熱面的改進(jìn) 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 89 傳熱設(shè)備（換熱器） 新型換熱器 平板式換熱器 圖 4－ 30 平板式換熱器（ 1） 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 90 傳熱設(shè)備（換熱器） 新型換熱器 優(yōu)點(diǎn)： 傳熱效率高 ， 總傳熱系數(shù)大 ， 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 操作靈活 ， 安裝檢修方便 。 缺點(diǎn)： 耐溫 、 耐壓性較差 ， 易滲漏 ， 處理量小 。 圖 4－ 31 平板式換熱器（ 2） 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 91 傳熱設(shè)備（換熱器） 新型換熱器 2. 螺旋板式換熱器 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊 ， 傳熱效率高 ， 不易堵塞 ， 結(jié)構(gòu)緊湊 A/V大 ， 成本較低 。 缺點(diǎn)： 操作壓力 、 溫度不能太高 ， 螺旋板難以維修 ， 流體阻力較大 。 圖 4－ 32 螺旋板式換熱器 2022年 6月 2日星期四 Process System principle 92 傳熱設(shè)備（換熱器） 新型換熱器 3. 板翅式換熱器 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)高度緊湊 ， 傳熱效率高 ， 允許較高的操作壓力 。 缺點(diǎn)：制造工藝復(fù)雜 ， 檢修清洗困難 。 (a)逆流 (b)錯(cuò)流 圖 4－ 33 板翅式換熱器