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(共59张PPT)
模块二 传热
01
任务一 认识换热器的结构
02
任务二 认识换热装置的换热方式
03
任务三 认识传热的基本方式及换热流体
04
任务四 计算传热的过程速率
05
任务五 计算间壁换热器的传热速率
06
07
任务六 计算间壁换热器的壁温
任务七 管壳式换热器的设计与选型
任务八 换热器的操作与维护
08
传热在工业的应用
（1）选取参与换热的载热体；
（2）确定参与换热的载热体必须具有温度差；
（3）选择合适的换热器；
（4）根据载热体终了温度的要求，在换热器内选择合适的流体流动路径。
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任务一 认识换热器的结构
一、按换热器的换热目的分类
换热器的换热目的有两个方面：
（1）为了向流体供给热量；
（2）为了移走流体的热量；
子任务1 换热器的分类
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任务一 认识换热器的结构
根据换热器的目的用途，可将换热器分为以下7种：
1、加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。
2、预热器：用于流体的预热。
3、过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。
4、蒸发器：用于加热液体，使之蒸发汽化。
5、再沸器：是蒸馏过程的专用设备，用于加热已冷凝的液体，使之再受热汽化。
6、冷却器：用于冷却流体，使之达到所需温度。
7、冷凝器：用于冷凝饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化。
子任务1 换热器的分类
01
任务一 认识换热器的结构
二、按换热器的传热面形状和结构分类
为了适应流体的不同工艺要求，换热器可以设计成以下不同的结构：
1、管式换热器：通过管子壁面进行传热。按传热管的结构的不同，可分为列管式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器和翅片管式换热器等几种。管式换热器应用最为广泛。
2、板式换热器：通过板面进行传热。按传热板的结构形式，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和热板式换热器等几种。
3、特殊形式换热器：这类换热器是指根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式换热器、热管式换热器、同流式换热器等。
子任务1 换热器的分类
01
任务一 认识换热器的结构
三、按传热器制备所用材料分类
保护换热器不受流体的腐蚀，选择不同材料来制造换热器。
根据制备材料的不同， 可分为以下两种类型；
1、金属材料换热器：该类换热器是由金属材料制成，常用金属材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。由于金属的导热率较大，故该类换热器的传热效果较好，金属材料换热器是生产中用到的主要换热器。
2、非金属材料换热器：该类换热器由非金属材料制成。由于非金属材料的导热系数较小，所以其传热效率较低。主要用于具有腐蚀性的物料。
子任务1 换热器的分类
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任务一 认识换热器的结构
一、管式换热器类型及特点
管式换热器类型很多，有沉浸式、列管式、套管式等。每种管子的特点各异，适用在不同的场合。
1、沉浸式换热器
沉浸式换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在容器内的液体中，使蛇管内、外的两种流体进行热量交换。几种常见的蛇管形式如图所示。
优点：结构简单、价格低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造
缺点：容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。
子任务2 常见换热器的结构及特点
01
任务一 认识换热器的结构
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
2、喷淋式换热器
喷淋式换热器也是一种蛇管式换热器，多用作冷却器。这种换热器是将蛇管成行地固定在钢架上，喷淋式换热器常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量，提高了冷却效果。因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果要好得多。同时它还有便于检修和清洗等优点。其缺点是喷淋不易均匀。
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
3、套管式换热器
套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。每一段套管称为一程，每程有效长度约为4～6m，若管子过长，管中间会向下弯曲。
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
优点：在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙。适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两流体可以为逆流，对传热有利。另外，套管式换热器构造较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便。
缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积不多而要求压强较高的场合。
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任务一 认识换热器的结构
4、列管式换热器
目前应用最为广泛的换热设备，已是标准换热设备。它由外壳、管板（又称花板）、管束、顶盖（由称封头）等部件构成，管子固定在管板上，而管板与外壳联接在一起。为了增加流体在壳程的湍流程度，以改善它的传热情况，在壳体内间隔安装了许多块折流挡板。换热器的壳体上和两侧的端盖上（对偶数管程而言，则在一侧）装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔、测量仪表用的接口管、排液孔和排气孔等。
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
子任务2 常见换热器的结构及特点
列管式换热器的优点：
（1）单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑，坚固，传热效果好；
（2）能用多种材料制造；
（3）适用性较强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。
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任务一 认识换热器的结构
子任务2 常见换热器的结构及特点
列管式换热器的分类
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任务一 认识换热器的结构
（1）固定管板式
固定管板式的两端管板采用焊接的方法和壳体制成一体。因此它具有结构简单和成本低的优点。但是壳程清洗和检修困难，要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的物料。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿。即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。这种补偿方法简单，但不宜应用两流体温差过大（应不大于70℃）和壳程流体压强过高的场合。
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
（2）浮头式换热器
浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向自由浮动。这种结构不但完全消除了热应力的影响，且由于固定端的管板以法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
（3）U型管式换热器
U型管式换热器每根管子都弯成U型，进出口分别安装在同一管板的两侧，封头用隔板分成两室。这样，每根管子可以自由伸缩。而与其他管子和壳体均无关。这种换热器结构比浮头式简单，重量轻，但管程不易清洗，只适用于洁净而不易结垢的流体，如高压气体的换热。
子任务2 常见换热器的结构及特点
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
子任务2 常见换热器的结构及特点
二、板式换热器及特点
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任务一 认识换热器的结构
1、 夹套式换热器
在容器外壁安装夹套制成，结构简单，但其加热面受容器壁面限制，总传热系数也不高，为提高总传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。亦可在夹套中设置螺旋板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的对流传热系数。也可在釜内部安装蛇管。
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
2、螺旋板式换热器
螺旋板式换热器是由两块薄金属板焊接在一块分隔挡板（图中心的短板）上并卷成螺旋形而制成的。两块薄金属板在器内形成两条螺旋形通道，在顶、底部上分别焊有盖板或封头。进行换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。
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任务一 认识换热器的结构
因用途不同，螺旋板式换热器的流道布置和封盖形式，有下面几种型式：
Ⅰ型结构如图所示,两个螺旋流道的两侧完全为焊接密封的“Ⅰ”型结构，是不可拆结构。
Ⅱ型结构如图所示,一个螺旋流道的两侧为焊接密封，另一流道的两侧是敞开的，因而一流体在螺旋流道中作螺旋流动，另一流体则在另一流道中作轴向运动。
Ⅲ型结构如图所示，一种流体作螺旋流动，另一流体是轴向流动和螺旋流动的组合。适用于蒸气的冷凝冷却。
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
螺旋板换热器的优点：
（1）总传热系数高。由于流体在螺旋通道中流动，在较低的雷诺值（一般Re=1400～1800，有时低到500）下即可达到湍流，并且可选用较高的流速（对液体为2m/s，气体为20m/s），故总传热系数较大。
（2）不易堵塞。由于流体的流速较高，流体中悬浮物不易沉积下来，并且任何沉积物将减小单流道的横断面，因而使速度增大，对堵塞区域又起到冲刷作用，故螺旋板换热器不易被堵塞。
（3）能利用低温热源和精密控制温度。这是由于流体流动的流道长及两流体完全逆流的缘故。
（4）结构紧凑。单位体积的传热面积为列管换热器的3倍。
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任务一 认识换热器的结构
螺旋板换热器的缺点：
（1）操作压强和温度不宜太高，目前最高操作压强为2000kPa，温度约在400℃以下。
（2）不易检修。因整个换热器为卷制而成，一旦发生泄漏，修理内部很困难。
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任务一 认识换热器的结构
3、平板式换热器
平板式换热器简称板式换热器，是由一组长方形的薄金属板平行排列，加紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后板间形成密封的流体通道，且可用垫片的厚度调节通道的大小。每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有一对圆孔和一组板间流道相通，另外一对圆孔则通过在孔的周围放置垫片而阻止流体进入该组板间的通道。这两对圆孔的位置在相邻板上是错开的，以分别形成两流体的通道。冷热流体交错地在板片两侧流过，通过板片进行换热。板片厚度约为0.5～3mm，通常压制成凹凸地波纹状。例如人字形波纹板。增加了板的刚度以防止板片受压时变形，同时又使流体分布均匀，增强了流体湍动程度和加大了传热面积，有利于传热。
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
平板式换热器的优点是：
（1）传热系数高：由于平板式换热器中板面有波纹或沟槽，可在低雷诺数（Re＝200左右）下即达到湍流，而且板片厚度又小，故传热系数大。例如水对水的传热系数可达1500～4700W/（m2·K）。
（2）结构紧凑：一般板间距为4～6mm，单位体积设备可提供的传热面为250～1000m2/m3（列管式换热器只有40～150 m2/m3）。平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上。
（3）具有可拆结构：可根据需要，用调节板片数目的方法增减传热面积。操作灵活性大，检修、清洗也都比较方便。
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任务一 认识换热器的结构
平板式换热器的主要缺点是：
（1）允许的操作压强和温度都比较低。通常操作压强低于1.5MPa，最高不超过2.0MPa，压强过高容易泄露。
（2）操作温度受垫片材料的耐热性限制，一般不超过250℃。
（3）由于两板的间距仅几毫米，流通面积较小，流速又不大，处理量较小。
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任务一 认识换热器的结构
4、板翅式换热器
板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的换热器，过去由于制造成本较高，仅用于宇航、电子、原子能等少数部门。现在已逐渐用于石油化工及其它工业部门，取得良好效果。
板翅式换热器的结构形式很多，但是基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板之间，加入波纹状或其它形状的金属翅片，将两侧面封死，即成为一个换热基本元件。
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任务一 认识换热器的结构
将各基本元件进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，即可制成并流、逆流或错流的板束（或称芯部），然后再将带有流体进出口接管的集流箱焊在板束上，即成为板翅式换热器。目前常用的翅片形式有平直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片三种。
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
三、热管换热器及特点
热管是60年代中期发展起来的一种新型传热元件。它是由一根抽除不凝性气体的密封金属管，内充一定量的某种工作液体而成。
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
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任务一 认识换热器的结构
工作液体在热端吸收热量而沸腾汽化，产生的蒸汽流至冷端冷凝放出潜热，冷凝液回至热端，再次沸腾汽化。如此反复循环，热量不断从热端传至冷端。冷凝液的回流可以通过不同的方法（如毛细管作用、重力、离心力）来实现。目前应用最广的方法是将具有毛细结构的吸液芯装在管的内壁，利用毛细管的作用使冷凝液由冷端回流至热端。
常用的工作液体为氨、水、汞等。
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任务一 认识换热器的结构
热管的传热特点：
（1）热管中的热量传递通过沸腾汽化、蒸汽流动和蒸汽冷凝三步进行。
（2）由于沸腾和冷凝的对流传热强度都很大，两端管表面比管截面大很多，而蒸汽流动阻力损失又较小，因此热管两端温差可以很小，即能在很小的温差下传递很大的热流量。
热管还具有结构简单，使用寿命长，工作可靠，应用范围广等优点。

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