换热器工作原理五篇

第一篇：换热器工作原理

管壳式换热器的三种分类

管壳式换热器按照应力补偿的方式不同，可以分为以下三个种类：

1、固定管板式换热器

固定管板式换热器是结构最为简单的管壳式换热器，它的传热管束两端管板是直接与壳体连成一体的，壳体上安装有应力补偿圈，能够在固定管板式换热器内部温差较大时减小热应力。固定管板式换热器的热应力补偿较小，不能适应温差较大的工作。

2、浮头式换热器

浮头式换热器是管壳式换热器中使用最广泛的一种，它的应力消除原理是将传热管束一段的管板放开，任由其在一定的空间内自由浮动而消除热应力。浮头式换热器的传热管束可以从壳体中抽出，清洗和维修都较为方便，但是由于结构复杂，因此浮头式换热器的价格较高。

3、U型管换热器

U型管换热器的换热器传热管束是呈U形弯曲换热器，管束的两端固定在同一块管板的上下部位，再由管箱内的隔板将其分为进口和出口两个部分，而完全消除了热应力对管束的影响。U型管换热器的结构简单、应用方便，但很难拆卸和清洗。

管壳式换热器,管壳式换热器结构原理

管壳式换热器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。

工作原理和结构 图1 [固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造。A流体从接管1流入壳体内，通过管间从接管2流出。B流体从接管3流入,通过管内从接管4流出。如果A流体的温度高于B流体,热量便通过管壁由A流体传递给B流体；反之，则通过管壁由B流体传递给A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体(A流体)。管子和管箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B流体)。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形;管子为直管或U形管。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/(m(℃)〕;用水冷却气体时,为10～280W/(m(℃)；用水冷凝水蒸汽时,为570～4000W/(m(℃)。

特点 管壳式换热器是换热器的基本类型之一，19世纪80年代开始就已应用在工业上。这种换热器结构坚固,处理能力大、选材范围广，适应性强，易于制造,生产成本较低，清洗较方便，在高温高压下也能适用。但在传热效能、紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先进。

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（图1 [固定管板式换热器]）。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 图2 [浮头式换热器]为浮头式换热器的结构。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。对于图2a[浮头式换热器]中的结构，拆下管箱可将整个管束直接从壳体内抽出。为减小壳体与管束之间的间隙，以便在相同直径的壳体内排列较多的管子，常采用图2b[浮头式换热器]的结构，即把浮头管板夹持在用螺栓连接的浮头盖与钩圈之间。但这种结构装拆较麻烦。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（图3[U型管式换热器]）。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（图4 [双重管式换热器]）。管程流体（B流体）从管箱进口管流入,通过内插管到达外套管的底部，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 图5 [填函式换热器]为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(图6[双管板换热器的结构特点])，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。

第二篇：换热器原理介绍

换热器基础知识

简单计算板式换热器板片面积

选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法：

Q=K×F×Δt，Q——热负荷 K——传热系数 F——换热面积 Δt——传热对数温差

传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。

换热器的分类与结构形式

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：

一、换热器按传热原理可分为：

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、换热器按用途分为：

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、按换热器的结构可分为：

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。

各种换热器原理及特点

■ 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。换热器的型式。

■ 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。

热管是由美国发明的，最初被用于航天技术和核反应堆，以解决向阳面和背阴面受热不均匀。20世纪90年代被用于民用空调，由于其优越的导热性，受到越来越广泛的重视，目前在计算机、雷达等高科技领域被广泛应用。

我公司生产的KLS系列低温热管换热器，曾连续获得国家机械委科学进步奖，北京市科委星火科技研制和生产奖，国家两项专利，其各项性能参数获得国家权威部门认可。并被编入93年后各种暖通空调设计手册。KLS低温热管换热器和以其配套的能量回收空调机组至今已生产2000多台套，受到广大用户好评，正在国民经济建设各个领域发挥着着巨大作用。

■ 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。

■换热机组的构造原理、特点：

换热机组是一次热网与用户之间的直接桥梁，从一次热网得到热量，自动连续地转换为用户需要的生活用水及采暖用水，适用于空调（供暖供冷），采暖，生活用水（洗浴）或其他换热回路（如地板供热，工艺水冷却等）。

Generalway换热机组是区域供热的精英，是集城市供热技术、控制技术与精心结构设计于一体的智能型热交换机组，具有强大的能力来完成所有建筑物的各种区域供热需求。

Generalway换热机组与中华人民共和国建设部发布的板式换热机组城镇建设行业标准保持高度一致，也可根据客户的具体要求和实际工况设计加工非标准机组，Generalway奉献给用户的是热交换全面解决方案。

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第三篇：换热器原理与设计期末复习题重点

换热器原理与设计期末复习题重点

第一章

1.填空：

1．按传递热量的方式，换热器可以分为间壁式,混合式,蓄热式

2.对于沉浸式换热器，传热系数低，体积大，金属耗量大。

3.相比较沉浸式换热器和喷淋式换热器，沉浸式换热器传热系数较低，喷淋式换热器冷却水过少时，冷却器下部不能被润湿.4.在沉浸式换热器、喷淋式换热器和套管式换热器中，套管式换热器中适用于高温高压流体的传热。

5.换热器设计计算内容主要包括热计算、结构计算

流动阻力计算和强度计算

6.按温度状况来分，稳定工况的和

非稳定工况的换热器

7.对于套管式换热器和管壳式换热器来说，套管式换热器金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。

2.简答：

1.说出以下任意五个换热器，并说明换热器两侧的工质及换热方式

答：如上图，热力发电厂各设备名称如下：

1．锅炉(蒸发器)

*；

2．过热器*；

3．省煤器*

4．空气预热器*；

5．引风机；

6．烟囱；

7．送风机；

8．油箱

9．油泵

0．油加热器*；

11．气轮机；

12．冷凝器*；

13．循环水冷却培*

14．循环水泵；

15．凝结水泵；16．低压加热器*；

17．除氧(加热)器*；18．给水泵

19．高压加热器·

柱!凡有·者均为换热器

2．比较沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点

答：⑴沉浸式换热器

缺点：自然对流，传热系数低，体积大，金属耗量大。

优点：

结构简单，制作、修理方便，容易清洗，可用于有腐蚀性流体

⑵喷淋式换热器：

优

点：结构简单，易于制造和检修。换热系数和传热系数比沉浸式换热器要大，可以用来冷却腐蚀性流体

缺点：冷却水过少时，冷却器下部不能被润湿，金属耗量大，但比沉浸式要小

⑶套管式换热器：

优点：结构简单，适用于高温高压流体的传热。特别是小流量流体的传热，改变套管的根数，可以方便增减热负荷。方便清除污垢，适用于易生污垢的流体。

缺点：流动阻力大，金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。

⑷管壳式换热器：

优点：结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，还可以适应高温高压的流体。可靠性程度高

缺点：与新型高效换热器相比，其传热系数低，壳程由于横向冲刷，振动和噪音大

3.举例说明5种换热器，并说明两种流体的传热方式？说明两种流体的传热机理？

1）蒸发器：间壁式，蒸发相变—导热—对流

2）冷凝器：间壁式，冷凝相变—导热—对流

3）锅炉：间壁式，辐射—导热—对流

4）凉水塔：混合式，接触传热传质

5）空气预热器：蓄热式，对流—蓄热，蓄热—对流

第一章

1.填空：

1．传热的三种基本方式是_导热__、____对流__、和

辐射_。

2..两种流体热交换的基本方式是___直接接触式___、_间壁式_、和___蓄热式_。

3．采用短管换热，由于有入口效应，边界层变薄，换热得到强化。

4．采用螺旋管或者弯管。由于拐弯处截面上二次环流的产生，边界层遭到破坏，因而换热得到强化，需要引入大于1修正系数。

5．通常对于气体来说，温度升高，其黏度增大，对于液体来说，温度升高，其黏度减小

6．热计算的两种基本方程式是_传热方程式__和热平衡式_。

7．对于传热温差，采用顺流和逆流传热方式中，顺流

传热平均温差小，逆流时传热平均温差大。

8.当流体比热变化较大时，平均温差常常要进行分段计算。

9.在采用先逆流后顺流<1-2>型热效方式热交换器时，要特别注意温度交叉问题，避免的方法是增加管外程数和两台单壳程换热器串联工作。

10.冷凝传热的原理，层流时，相对于横管和竖管，横管传热系数较高。

11.对于单相流体间传热温差，算术平均温差值大于对数平均温差

12.管内流体的换热所遵守的基本准则为努赛尔准则数，其大小与雷诺数、普兰特数和格拉肖夫数有关

13．设计计算时，通常对传热面积进行判定，校核计算时，通常对传热量进行判定

2.简答（或名词解释）：

1.什么是效能数？什么是单元数？（要用公式表示）

答：实际情况的传热量q总是小于可能的最大传热量qmax，我们将q/qmax定义为换热器的效能，并用

e

表示，即

换热器效能公式中的KA依赖于换热器的设计，Wmin

则依赖于换热器的运行条件，因此，KA/Wmin在一定程度上表征了换热器综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义为传热单元数NTU

2.热交换器计算方法的优缺点比较？

对于设计性热计算，采用平均温差法可以通过Ψ的大小判定所拟定的流动方式与逆流之间的差距，有利于流动方式的选择。

而在校核性传热计算时，两种方法都要试算。在某些情况下，K是已知数值或可套用经验数据时，采用传热单元书法更加方便

假设的出口温度对传热量Q的影响不是直接的，而是通过定性温度，影响总传热系数，从而影响NTU，并最终影响

Q值。而平均温差法的假设温度直接用于计算Q值，显然e-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感，这是该方法的优势。

3、传热的基本方式有哪几种？

答：分为三种，热传导，热对流和辐射

热传导

热量从物体内部温度较高的部分传递到温度较低的部分或者传递到与之相接触的温度较低的另一物体的过程称为热传导，简称导热。

热对流

流体中质点发生相对位移而引起的热量传递，称为热对流，对流只能发生在流体中。

热辐射

辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体由于热的原因而发出辐射能的过程，称为热辐射。

4、流体换热的基本方式有哪些？

答：主要分为三种：直接接触式传热，蓄热式换热和间壁式换热。

直接接触式传热

直接接触式传热的特点是冷、热两流体在换热器中以直接混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。

蓄热式换热

蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。室中充填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，达到两流体换热的目的。

间壁式换热

间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。

5、流体传热的基本准则方程式为努赛尔准则，与哪些无因次方程有关？

答：根据量纲分析

努赛尔准则数与雷诺数、普兰特数和格拉肖夫数有关

6．当换热管分别为短管时和螺旋管时，换热系数增加还是减少，为什么？

答：对于短管。入口效应，边界层变薄，换热得到强化。换热系数增加。

对于螺旋管或者弯管。由于拐弯处截面上二次环流的产生，边界层遭到破坏，因而换热得到强化，需要引入修正系数，换热系数增加。

7、当出现大温差加热流体时，分别对于气体和液体，换热系数增加还是减少，为什么？

答：当流体与壁面之间的温差出现大温差时，一般对气体超过50℃，对水超过30

℃，对油超过10

℃

超过上述温差时，气体被加热粘度增大，换热能力减小；液体加热时，液体粘度减小，换热能力增大。

8、什么是对数平均温差，算术平均温差和积分平均温差，它们之间的联系和区别是什么？

答：

由于计算结果表达式中包含了对数项，我们称之为对数平均温差，例如我们将顺流和逆流情况下对数平均温差写成如下统一形式

平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即

积分平均温差的形式。

按比热不同分段

按温度等分段可得

算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相同进出口温度下的对数平均温差，当

时，两者的差别小于4％；当

时，两者的差别小于2.3％。

当流体的比热随温度变化不大时，采用对数平均温差。

当流体的比热随温度变化较大时（大于2-3倍时），采用对数平均温差计算，误差较大，这时应该采用积分平均温差。

9、采用平均温差法进行设计计算的步骤？

平均温差法用作设计计算时步骤如下：

(1)假定传热系数，求得初始传热面积

(2)初步布置换热面(实际传热面积)，计算出相应的传热系数。

(3)根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度。(约束）

(4)由冷、热流体的4个进、出口温度确定平均温差∆tm,计算时要注意保持修正系数Ψ具有合适的数值。

(5)由传热方程求出所需要的换热面积A（与原传热面积比较)，并核算换热面两侧有流体的流动阻力。

(6)如流动阻力过大，改变方案重新设计。

10.采用效能单元数法进行设计计算的步骤？

(1)

先假定一个流体的出口温度，按热平衡式计算另一个出口温度

(2)

根据4个进出口温度求得平均温差∆tm

(3)

根据换热器的结构，算出相应工作条件下的总传热系数k(或已知)

(4)

已知kA，按传热方程式计算在假设出口温度下的∆tm,得到Q

(5)

根据4个进出口温度，用热平衡式计算另一个Q，这个值和上面的Q，都是在假设出口温度下得到的，因此，都不是真实的换热量

(6)

比较两个

Q

值，满足精度要求，则结束，否则，重新假定出口温度，重复(1)-(6)，直至满足精度要求。

11.对于冷凝换热，卧式和立式换热器选型选型及原因说明

膜状冷凝

垂直管

水平管

一般来说，由于管子的长度远大于管子的直径，即L>>d,因而，水平管的凝结换热系数大于垂直管的凝结换热系数。

12.采用积分平均温差适用的条件？

当流体的比热随温度变化较大时（大于2-3倍时），采用对数平均温差计算，误差较大，这时应该采用积分平均温差。

积分平均温差的出发点：

虽然流体的比热在整个温度变化范围内是个变量，但是若把温度范围分成若干个小段，每个小段内的温度变化小，就可将流体的比热当作常数来处理。

3.计算题

1.有一蒸汽加热空气的热交换器，它将流量为5kg/s的空气从10℃加热到60℃，空气与蒸汽逆流，其比热为1.02KJ/(kg℃),加热蒸汽系压力为P=0.3Mpa,温度为150℃的过热蒸汽，在热交换器中被冷却为该压力下90℃的过冷水，试求其平均温差。（附：饱和压力为0.3MP,饱和蒸汽焓为2725.5KJ/kg，饱和水焓为561.4KJ/kg.150℃时，水的饱和温度为133℃，过热蒸汽焓为2768

KJ/kg，90时，过冷水的焓为377

KJ/kg）

解：由于蒸汽的冷却存在着相变，因此在整个换热过程中，蒸汽的比热不同，在整个换热过程中的平均温差应该分段计算再求其平均值。

将整个换热过程分为三段：

过热蒸汽冷却为饱和蒸汽所放出的热量Q1，相变过程的换热量Q2，从饱和水冷却到过冷水所放出的热量Q3

Q=M2C2(t-t)=5×1.02×50＝255KJ/s；

根据热平衡蒸汽耗量M1=Q/(i-i)=255/(2768-377)

=0.1066kg/s

因为在热交换器换热过程中存在着两个冷却过程和一个冷凝过程，因而将之分为三段计算。

Q1=

M1(i-i’)=0.1066×(2768-2725.5)=4.531

KJ/s

Q2=

M1(i’-i”)=0.1066×(2725.5-561.4)=230.693

KJ/s

Q3=

M1(i”-i)=0.1066×(561.4-377)=19.657

KJ/s

因为Q3＝M2C2(tb-t)，可得tb＝19.567/(5×1.02)+10=13.837℃

因为Q2+

Q3＝M2C2(ta-t),可得ta＝250.47/(5×1.02)+10=59℃

△t1=[(150-60)-(133-59)]/ln[(150-60)/(133-59)]=81.7℃

△t2=[(133-13.837)-(133-59)]

/ln[(133-13.837)/(133-59)]

=94.725℃

△

t3=[(90-10)-(133-13.837)]/

ln[(90-10)/

(133-13.837)]

=98.212

℃

总的平均温差为：△tm=Q/(Q1/△t1+

Q2/△t2+

Q3/△t3)

=255/(4.531/81.7+230.693/94.725+19.657/98.212)

℃

=94.8℃

沿换热器流程温度示意图如下：

2.在一传热面积为15.8m2,逆流套管式换热器中，用油加热冷水，油的流量为2.85kg/s，进口温度为110℃,水的流量为0.667kg/s，进口温度为35℃,油和水的平均比热分别为1.9KJ/kg•℃和4.18KJ/kg

•℃,换热器的总传热系数为320W/m2•℃,求水的出口温度？

解：W1=2.85X1900=5415W/

℃

W2=0.667X4180=2788W/

℃

因此冷水为最小热容值流体

单元数为

效能数为

所以：

3、一换热器用100℃的水蒸汽将一定流量的油从20℃加热到80℃。现将油的流量增大一倍，其它条件不变，问油的出口温度变为多少？

注：

解：根据题意，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，油为热容值小的流体

因此根据效能数和单元数的关系

可得：

现将油的流量增大一倍，其它条件不变，单元数减小为原来的0.5倍，因此

可得

解得。

4.某换热器用100℃的饱和水蒸汽加热冷水。单台使用时，冷水的进口温度为10℃，出口温度为30℃。若保持水流量不变，将此种换热器五台串联使用，水的出口温度变为多少？总换热量提高多少倍？

解：根据题意，将换热器增加为5台串联使用，将使得传热面积增大为原来的5倍，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，水为热容值小的流体，因此

因此根据效能数和单元数的关系

可得：

现将传热面积增大为原来的5倍，单元数增大为原来的5倍，由于

效能数为

水的出口温度为

根据热平衡式，对于冷水，热容值不变，温差增大的倍数为换热量增加的倍数：

5.一用13℃水冷却从分馏器得到的80℃的饱和苯蒸气。水流量为5kg/s，苯汽化潜热为395

kJ/kg，比热为1.758

kJ/kg•℃，传热系数为1140

W/m2•℃。试求使1

kg/s苯蒸气凝结并过冷却到47℃所需的传热面积(1)顺流；(2)逆流。

解：根据题意

(1)

顺流时

由于有相变传热，因此比热不同，需要分段计算平均传热温差。

1)在苯相变冷凝段：

根据热平衡式，苯的放热量：

在相变段，水吸收热为Qln

可得

：

平均温差为

2)在苯冷却段

在苯冷却段，水吸收热为Qlq

可得：

平均温差为

总的平均温差为

根据传热方程式：

可得

沿换热器流程温度示意图如下：

(2)

逆流时

由于有相变传热，因此比热不同，需要分段计算平均传热温差。

1)在苯冷却段

在苯冷却段，水吸收热为Qlq

可得：

平均温差为

2)在苯相变冷凝段：

根据热平衡式，苯的放热量：

在相变段，水吸收热为Qln

可得：

平均温差为

总的平均温差为

根据传热方程式：

可得

沿换热器流程温度示意图如下：

第二章

1.填空：

1.根据管壳式换热器类型和标准按其结构的不同一般可分为：固定管板式换热器、U型管式换热器、浮头式换热器、和填料函式换热器等。

2.对于固定管板式换热器和U型管式换热器，固定管板式换热器适于管程走易于结垢的流体

3相对于各种类型的管壳式换热器固定管板式换热器不适于管程和壳程流体温差较大的场合。

4.相对于各种类型的管壳式换热器，填料函式换热器不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。

5．管子在管板的固定，通常采用胀管法和焊接法

6.在管壳式换热器中，管子的排列方式常有等边三角形排列（正六角形排列）法、同心圆排列法和正方形排列法排列法。

7.如果需要增强换热常采用等边三角形排列（正六角形排列）法、，为了便于清洗污垢，多采用正方形排列。同心圆排列法使得管板的划线、制造和装配比较困难。

8.为了增加单位体积的换热面积，常采用小管径的换热管

9.为了提高壳程流体的流速和湍流强度，强化流体的传热，在管外空间常装设纵向隔板和折流板。

10.折流板的安装和固定通过拉杆和定距管

11.壳程换热公式Jo=jHjcjljbjsjr，其中jb表示管束旁通影响的校正因子，jl表示折流板泄漏影响的校正因子。jc表示折流板缺口的校正因子

12.管壳式换热器理想壳程管束阻力包括理想错流段阻力∆Pbk和理想缺口段阻力∆Pwk。

13.管壳式换热器的实际阻力要考虑考虑折流板泄漏造成的影响Rl，旁路所造成的影响Rb,和进出口段折流板间距不同对阻力影响Rs

14.在廷克流动模型中ABCDE5股流体中，真正横向流过管束的流路为B股流体,D股流体折流板与壳体内壁存在间隙而形成的漏流,设置旁路挡板可以改善C流路对传热的不利影响

15.若两流体温差较大，宜使传热系数大的流体走壳程，使管壁和壳壁温差减小。

16.在流程的选择上，不洁净和易结垢的流体宜走管程，因管内清洗方便。被冷却的流体宜走壳程，便于散热，腐蚀性流体宜走管程，流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用可使在低雷诺数(Re＞100)下即可达到湍流。

17.采用小管径换热器，单位体积传热面积增大、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高

18.流体诱发振动的原因是涡流脱落，湍流抖振和流体弹性旋转

19.减小管子的支撑跨距能增加管子固有频率，在弓形折流板缺口处不排管，将减小管子的支撑跨距

20．蒸发器的三种温降分别为物理化学温降

∆′，静压温降∆″和流动阻力温降∆“’

21.管壳式换热器的设计标准应遵循GB151标准和GB150标准

22.为了提高换热效果，对于辐射式换热器，应增大流通截面积，对于对流式换热器，应减小流通截面积。

2.名词解释：

(1).卡路里温度

对于油类或其他高粘度流体，对于加热或冷却过程中粘度发生很大变化，若采用流体进出口温度的算术平均温度作为定性温度，往往会使换热系数的数值有很大误差，虽然可以分段计算，但是工作量较大，工业上常采用卡路里温度作为定性温度。

热流体的平均温度

冷流体的平均温度

壳侧流体被管侧的水冷却时

Fc=0.3

壳侧流体被管程的水蒸气加热时

Fc=0.55

壳侧和管侧均为油时

Fc=0.45

粘度在10-3Pa•s以下的低粘性液体

Fc=0.5

(2).布管限定圆

热交换器的管束外缘受壳体内径的限制，因此在设计时要将管束外缘置于布管限定圆之内，布管限定圆直径Dl大小为

浮头式：

固定板或U型管式

3.简答：

(1).试分析廷克流动模型各个流路及其意义

答：

(1)

流路A，由于管子与折流板上的管孔间存在间隙，而折流板前后又存在压差所造成的泄漏，它随着外管壁的结垢而减少。

(2)

流路B，这是真正横向流过管束的流路，它是对传热和阻力影响最大的一项。

(3)

流路C，管束最外层管子与壳体间存在间隙而产生的旁路，此旁路流量可达相当大的数值。设置旁路挡板，可改善此流路对传热的不利影响。

(4)

流路D，由于折流板和壳体内壁间存在一定间隙所形成的漏流，它不但对传热不利，而且会使温度发生相当大的畸变，特别在层流流动时，此流路可达相当大的数值。

(5)

流路E，对于多管程，因为安置分程隔板，而使壳程形成了不为管子所占据的通道，若用来形成多管程的隔板设置在主横向流的方向上，他将会造成一股（或多股）旁路。此时，若在旁通走廊中设置一定量的挡管，可以得到一定的改善。

(2).说明下列换热器的型号

1)

BEM600-2.0/1.5-250-5/19-4Ⅰ

固定管板式换热器：前端管箱为封头管箱，壳体型式为单壳程，后端管箱为封头管箱，公称直径600mm，管程压力为2.0Mpa,壳程压力为1.5Mpa，公称换热面积250m2,管长为5m，管外径为19mm，4管程，Ⅰ级管束，较高级冷拔钢管。

2)

固定管板式换热器：前端管箱为封头管箱，壳体型式为单壳程，后端管箱为封头管箱，公称直径800mm，管程压力为2.0Mpa,壳程压力为1.0Mpa，公称换热面积254m2,管长为6m，管外径为19mm，4管程，铜管。

3)

BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2Ⅰ

U型管式换热器：前端管箱为封头管箱，中间壳体为U型管式，后端为U型管束。公称直径500mm，管程压力为4.0Mpa,壳程压力为1.6Mpa，公称换热面积75m2,管长为6m，管外径为19mm，2管程Ⅰ级管束，较高级冷拔钢管。

4)

平盖管箱，公称直径500mm,管程和壳程的设计压力均为1.6MPa，公称换热面积为54m2,碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程，单壳程的浮头式热交换器。Ⅰ级管束，较高级冷拔钢管。

(3).找出下列图中，换热器的名称及各零部件名称和及作用

1)

固定管板式换热器

1.折流板---使壳程流体折返流动，提高传热系数。支撑管束，防止弯曲

2.膨胀节---补偿管壳式式换热器的温差应力

3.放气嘴---释放不凝结气体

2)浮头式换热器

1.管程隔板---增大管程流体的流速

2.纵向隔板---提高壳程流体的流速和湍流强度，强化流体的传热，在管外空间常装设纵向隔板

3.浮头---补偿管壳式式换热器的温差应力

3)U形管式换热器

1.U形管---使流体通过及换热

2.纵向隔板---提高壳程流体的流速和湍流强度，强化流体的传热，在管外空间常装设纵向隔板

3.管程隔板---增大管程流体的流速

4)

请说出序号2、6、7、8、18各代表什么零件，起什么作用？

2----管程接管法兰，与换热器管程外流路官路连接；

6---拉杆，安装与固定折流板；

7---膨胀节，补偿管子与壳体热应力不同；

8---壳体，用来封装壳程流体，并承受壳程流体压力,18---折流板-使壳程流体折返流动，提高传热系数。支撑管束，防止弯曲

第三章

第一节：

1.填空：

1.热交换器单位体积中所含的传热面积的大小大于等于700m2/m3，为紧凑式换热器

2.通常采用二次表面来增加传热表面积，或把管状的换热器改为板状表面，3.螺旋板式热交换器的构造包括螺旋型传热板、隔板、头盖和连接管

4.螺旋板式换热器的螺旋板一侧表面上有定距柱，它的作用主要是保持流道的间距、加强湍流、和增加螺旋板刚度。

5.在Ⅲ型螺旋板式热交换器中：一侧流体螺旋流动，流体由周边转到中心，然后再转到另一周边流出。另一侧流体只作（），适用于有相变流体换热

2.简答

1)

说明下列换热器的型号

换热面积为80m2,碳钢不可拆螺旋板式换热器，其两螺旋通道的举例分别为14mm和18mm，螺旋板的板的板宽为1000mm，公称压力为1.6MPa,公称直径为1600mm.贯通型

3.计算：

(1).设螺旋板的板厚为4mm，两通道宽b1和b2为10mm和20mm，内侧有效圈数为3，d1为100mm，以d1为基准半圆直径绕出的螺旋板作为内侧板时，d2为基准半圆直径绕出的螺旋板作为外侧板时试作图绘制螺旋体，并计算中心隔板宽B,基准半圆直径d2，内侧螺旋板总长度Li,外侧螺旋办总长度

Lo，螺旋板最大外径D等参数

解：（1）B=d1-b1+δ=100-10+4=94mm

因为B=d1-b1+δ=

d2-b2+δ，可推导d2=

d1-b1+

b2=110mm，c=

b1+

b2+2δ=10+20+8=38

t1=10+4=14,t2=20+4=24

因为n=n=3，以d1为基准半圆直径绕出的，所以

Li=/2{n（d1+2b1+4δ+d2）+2（n-n）c}

=/2{3（100+20+16+110）+2(9-3)38}

=/21194

=1876mm

Lo=/2{n（d1+2b2+4δ+d2）+(d2+δ)+2nc}

=/2{3(100+40+16+110)+(110+4)+2938}

=/21596

=2507mm

D=

d2+2nc+2δ=110+2338+24=346mm

分别以t1/2，t2/2，为内侧螺旋板和外侧螺旋板的圆心,画出螺旋板换热器示意图如下图所示

第二节

1.填空：

1.板式换热器按构造可以划分为可拆卸、全焊式和串焊式

2.可拆卸板式换热器结构由传热板片，密封垫片，压紧装置和定位装置组成2.简答：

1）.说明下列换热器的型号

人字形波纹板式损热器，单片公称换热面积0.05m2,设备总的公称换热面积2m2,设计压力8×105Pa，设计温度120

℃组装形式

2）.BR0.3-1.6-20-F-І

板式热交换器：人字形波纹，单板公称换热面积为0.3m2，设计压力为1.6MPa，换热面积为20m2，氟橡胶垫片密封的双支撑框架结构的板式热交换器。

3）BPl.0–1.0–1002–E–Ⅱ

波纹形式为水平平直波纹，单板公称换热面积为l.0

m2，设计压力为1.0

MPa，换热面积为100

m2。用三元乙丙垫片密封的带中间隔板双支撑框架结构的板式换热器，4）.板式换热器的流程和通道配合为，其中甲流体为热流体，乙流体为冷流体

甲流体进

乙流体出

甲流体出

乙流体进

3名词解释：

1）热混合：

为了使换热器更好地满足传热和压力降的要求，传热流体流经混合板流道就相当于其单独流过这两种倾角的板片各自组成的流道后再混合，所以此种组合而成的板式热交换器在性能上体现了一种“热混合”

采用方法：

⑴每两种波纹倾角不同的人字形板片相叠组装成一台板式热交换器

⑵各自分段采用波纹倾角不同的人字形板片组装成一台板式热交换器

⑶将流道数分段组装，进一步实现热混合第三节

1.填空：

1.板翅式换热器由隔板、翅片、封条基本单元和导流片和封头组成简答：

1.对于板翅式热交换器，两个热通道之间相隔三个冷通道A、B、C，冷热通道的翅高均为H，求每个冷通道的定性尺寸及翅片效率。

2.简答：

1）说明定性尺寸及翅片效率

定型尺寸为b，翅片效率为η=tan(mb)/(mb)

对于冷通道A，定性尺寸为H，翅片效率为ηA=tan(mH)/(mH)，对于冷通道B，定性尺寸为1.5H，翅片效率为ηA=tan(1.5mH)/(1.5mH)，对于冷通道C，定性尺寸为H，翅片效率为ηC=tan(mH)/(mH)，单相强化换热方面：

1．根据场协同理论，当温度场和速度场夹角为，换热器传热系数最大。

2．相对于螺旋槽管和光管，的换热系数高，的防结垢性能好。

3．对于螺旋槽管和横纹槽管，其传热面积没有得到有效提高

4.按照强化传热的方法可分为主动强化传热方法和被动强化传热方法

5.对螺旋管起强化传热的流动主要为螺旋流和二次流

6.相同壁厚，管径的螺旋槽管的结构强度大于同等条件的光管。

7.低肋管和内肋管的传热面积得到有效提高

8.当雷诺数较高时，管内插入螺旋线的传热强化效果明显。

9.一般而言，静态混合器的阻力损失大

10.螺旋扁管换热器不需要安装折流板。

11.百叶窗翅片的传热机理与交叉翅片的传热机理类似。

12.C管和花瓣形翅片为三维翅片管。

相变强化换热方向：

1.一般而言，粗糙表面的沸腾传热系数大于光滑表面的沸腾传热系数，过热度小于光滑表面

2.对于冷凝换热，翅片顶部应该有较小的曲率半径，翅片底部有较大的排液空间。

3.对于花瓣形管，由于齿底被完全切割开，因而其传热系数稍大于同等条件下得C管

4.

第四篇：换热器基本知识

一、换热器的结构型式有哪些？

换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。按结构型式分类如下：

换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。

管式换热器又分为：套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。

板式换热器又分为：夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。

新型材料换热器分为：石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换热器。

其他形式的换热器包括回转式换热器和热管。

二、换热器管为什么会结垢？如何除垢？

因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管表面，形成水垢。在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。

此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。

换热器管束除垢的方法主要有下列三种。

一、手工或机械方法

当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。

二、冲洗法

冲洗法有两种。第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。

第二种方法是高压水枪冲洗法。对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200ＭＰa自由调节。利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。高压水枪冲洗换热器效果较好。应用广泛。

三、化学除垢

换热器管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。

三、管壳式换热器管子与管板的连接方法有哪几种？如何选择？

根据换热器使用条件、加工条件的不同，基本可分为胀接、焊接、胀焊并用三大类。

其中胀接又可分为：机械胀管、液压胀管、液袋胀管、橡胶胀管、爆炸胀管、脉冲胀管、粘胀等。

焊接分为：普通焊接、内孔焊接、高频焊接、摩擦焊接、钎焊和爆炸焊接。

胀焊并用分为：强度焊+贴胀、强度焊+强度胀、强度胀+密封焊、强度胀+贴胀+密封焊、强度焊+强度胀+贴胀。

换热器进行水压试验和气密试验的基本原则如下：

（1）液压试验时，圆筒的薄膜应力不得超过试验温度下材料屈服点的90%；在气压试验时，此应力不得超过试验温度下材料屈服点的80%；

（2）制造完工的换热器应按GB150“钢制焊接压力容器技术标准”的规定进行压力试验；

（3）换热器需经水压试验合格后方可进行气密性试验；

（4）压力试验必须用两个量程相同的并经过校正的压力表。压力表的量程在试验的2倍左右为宜，但不应低于1.5倍和高于4倍的试验压力；

（5）换热器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.4~0.5Mpa的压缩空气检查焊缝质量；

（6）水压试验和气密性试验的试验介质、试验温度、试验方法要严格按照容器压力试验的有关规定进行；

（7）换热压力容器液压试验程序应按GB151规定进行；

（8）水压试验和空密性试验在确认无泄漏后，应保压30min。

四、换热器泄漏后如何进行试漏检查？怎样进行堵管？

一、试漏检查

为了查明管子的泄漏情况，首先要作水压试验，一般均采用在管子外侧加压力的外压试验。其方法是：把水通入壳体，保持一定时间，用目测检查两端管板处管子的泄漏情况，对漏管做出记录。

二、堵管

管子本身的泄漏一般情况下是无法修复的，假如泄漏管子的数量不多时，可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞，如管程压力较高时，堵紧后再焊住更可靠。堵头的长度一般为管内径的2倍，小端直径应等于0.85倍的内径，锥度为1:10，堵头材料的硬度应低于或等于管子的硬度。用堵管来消除泄漏时堵管数不得超过10%。

五、换热器腐蚀的主要部位是哪些？为什么会发生腐蚀？

换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。腐蚀原因如下：

一、换热管腐蚀

由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40~50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。

二、管子与管板、折流板连接处的腐蚀

换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在胀管部位出现裂纹，当管与管板存在间隙时，易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀使它成为SCC的裂源。管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。

三、壳体腐蚀

由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束用折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。

管壳式换热器的检修内容是：

一、小修内容

1）拆卸换热器两端封头或管箱；

2）清洗、清扫管子内表面和壳体异物。并检查换热器两端盖、管箱的腐蚀、锈蚀、裂纹、砂眼等缺陷；

3）对管束和壳体进行试压和试漏；

4）检查螺栓及保温、防腐；

5）进行局部测厚。

二、中修内容

1）包括小修内容；

2）抽出管束清理、清扫、清洗，并检查换热管的变形和弯曲情况；

3）检查隔板和折流板及拉杆螺栓的腐蚀情况；

4）检查换热器各密封面情况，表面不应有划痕、凹坑和点蚀。

三、大修内容

1）包括中、小修内容；

2）全面检查换热器的运行情况，并对管板与管子焊接处进行着色检验。管壳式换热器日常维护的内容

管壳式换热器日常维护和监测应观察和调整好以下循环水的工艺指标。

一、温度

温度是换热器运行中的主要控制指标，从换热器进出口流体温度变化的情况可分析换热器的换热效果，判断换热器传热效率的高低，主要在传热系数上，传热系数低其效率也低，由进出口的温度可决定对换热器进行检查和清洗。

二、压力

换热器列管若干结垢严重，则阻力增大，所以日常要对换热器的进出口压差进行测定和检验，特别对高压流体的换热器更要特别重视，如果列管泄露，高压流体一定向低压侧泄漏，造成低压侧压力上升较快，甚至超压。所以必须解体检修或堵管。

三、振动

换热器内部的流体流速一般较高，由于流体的脉冲和流动都会造成换热管的振动，或者整个设备振动，但最危险的是工艺开车过程中，提压或加负荷较快，很容易引起换热管振动，特别是在隔板处，管子振动的频率较高，容易把管切断，造成断管泄漏，遇到这种情况必须停机解体检查，检修换热器。

固定管板式换热器有哪几部分组成？结构特点是什么？浮头式换热器的浮头有几种形式？

固定管板式换热器主要由外壳、封头、管板、管束折流板或支撑板等部件组成。

其结构特点是：在壳体中设置有平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳体的进出管直接焊接在壳体上，装有进口或出口管的封头管箱用螺栓与外壳两管板紧固。管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器，管程可以用隔板分成任何程数。

浮头换热器的浮头常用的有两种形式。第一种是靠夹钳形半环和若干个压紧螺钉使浮头盖和活动管板密封结合起来，保证管内和管间互不渗漏。第二种是使浮头盖法兰直接和勾圈法兰用螺栓紧固，使浮头盖法兰和活动管板密封贴合，虽然减少了管束的有效传热面积，但密封性可靠，整体也较紧凑。

板式换热器的工作原理是什么？有何特点？

板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。

其特点：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150ºC，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗。

六、板式换热器有哪几部分组成？有什么作用？

板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、固定封头、活动封头（头盖）、夹紧螺栓、支架、进出管等组成。

各部件作用如下：

一、传热板片

传热板片是换热器主要起换热作用的元件，一般波纹做成人字形，按照流体介质的不同，传热板片的材质也不一样，大多采用不锈钢和钛材制作而成。

二、密封垫片

板式换热器的密封垫片主要是在换热板片之间起密封作用。板式换热器的泄漏多是因为密封垫片压错位或者老化引起的。

三、两端压板

两端压板主要是夹紧压住所有的传热板片，保证流体介质不泄漏。

四、夹紧螺栓

夹紧螺栓主要是起紧固封头和换热板片的作用。夹紧螺栓一般是通扣螺纹，预紧螺栓时，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均匀。

五、挂架

主要是支承换热板片，使其拆卸、清洗、组装等方便。

板式换热器中、大修的内容有哪些？

板式换热器中修的内容是：

（1）拆除进出管清洗杂物；

（2）检查进出管的橡胶内衬，不应有裂纹和破坏；

（3）检查测量螺栓预紧力和板片总体尺寸。

板式换热器大修的内容是：

（1）包括中修内容；

（2）如换热器结垢，应解体清洗，或者另行配管在线化学清洗；

（3）用放大镜检查密封垫片的弹性和压缩变形情况，必要时可以更换；

（4）检查传热板片变形情况；

（5）检查传热板片有无腐蚀、穿孔等缺陷；

（6）重新组装，压紧螺栓；

（7）试压；

（8）复位。

板式换热器的拆装程序如下：

（1）板式换热器拆卸前，首先测量板束的压紧长度尺寸，做好记录（重装时应按此尺寸）；

（2）拆下夹紧螺栓和全部换热片；

（3）取下各板片上的密封垫片，为防止用螺丝刀刺破板片，可采取液氮急冷法，使橡胶板条急冷变形，然后撕下；

（4）清理密封槽内的残余粘结剂，清洗板片上的污垢；

（5）用灯光或渗透法检查传热板片有无裂纹或穿孔。检查板片上是否有凹坑或变形；

（6）修复或更换损坏的板片；

（7）重新组装。组装前首先用丙酮清洗密封槽，并用401号粘结剂，水平位置粘好密封条；

（8）粘好密封条的板片，每50片一组，用20~30mm的钢板压紧，在周围环境温度为30~35ºC的范围内固化24h，可以挂片；

（9）挂片完毕，轻挂两端压盖，并穿固定螺栓；

（10）用力矩扳手均匀地拧紧螺栓；

（11）测量组装压紧后板片的总长度；

（12）装进出口内衬套；

（13）整体试压。首先将板片一侧的流体通道的入口管盲死，装满水，然后在板片另一侧的工作介质通道出口管上加一带放气短管的盲板，在试压侧装上压力表。充满水后用手压泵加压，为操作压力的1.5倍，并保持30min，压力无下降即可连接外管。

板式换热器泄漏主要由以下原因造成：

（1）换热板片腐蚀穿透；

（2）换热板片有裂纹；

（3）夹紧螺栓紧固不均匀；

（4）换热板片变形太大；

（5）密封垫片断裂或老化；

（6）密封垫片厚度不均；

（7）密封垫片压偏。

板式换热器与列管式换热器比较有什么优点？

（1）体积小，占地面积少。板式换热器占地面积为同样换热能力的列管式换热器的30%左右。

（2）传热效率高。传热系数可达16700KJ/（m2*h*ºC）[4000kcal/(m2*h*ºC)],较之列管换热器高2~4倍。

（3）组装方便。当增加换热泪盈眶面积时，只需多装板片，进出口方位不需变动。

（4）金属消耗量低；

（5）拆卸、清洗、检修方便，不易结垢。

第五篇：换热器论文

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材料工程基础论文

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 2 : 21 251