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1、化工机械专题新型换热设备及应用,主讲人：孙启迪 专业：化工过程机械指导教师：俞树荣,一、简述二、国内外发展现状三、换热器分类四、几种换热设备的介绍五、新型换热设备面临的问题六、强化传热技术,一、简述,热设备是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换设备。换热设备是化工,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。,二、国内外发展状况,目前，我国换热器产业的市场规模大概为420亿人民币。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来
2、一段时期内将保持稳定增长。2010-2012年期间，保持10%-15%匀速增长到2015年，我国换热器产业规模将突破880亿元；到2020年我国换热器产业规模有望达到1500亿元。,板式换热器：四平巨元瀚洋、兰石换热设备公司、四平维克斯是我国板式换热器领域内资企业中的龙头企业，产值都在2亿以上。管壳式换热器：生产企业众多，规模较小。抚顺机械设备制造有限公司、兰石集团炼化设备公司、中石化南京化工机械是我国内资管壳式换热器的龙头企业。空冷式换热器：哈空调是我国最大的空冷式换热器生产企业。此外，江苏双良股份、国电集团北京龙源冷却技术有限公司、四川简阳空冷器、蓝科高新（原兰石所）、兰州兰石集团长征机械
3、、西安大秦化工机械（原西安化工机械厂）、湖北长江石化设备、江阴电力设备冷却器公司等企业也具有一定的竞争力。板翅式换热器：杭州杭氧股份和开封空分集团是我国石油化工领域著名的板翅式换热器企业,三、换热器分类,换热器分类1）按传热原理分为表面式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器2）按用途分为加热器、预热器、过热器、蒸发器3）按结构分为管壳式和板式换热器,汽化器分类1）按直接加热方式分为浸没燃烧式汽化器和固体导热式汽化器2）按间接加热方式分为空温式、强制通风式、循环热水水浴式、蒸汽加热水浴式、电加热水浴式汽化器3）按热交换介质分为空浴式、水浴式、海水浴开架式汽化器,四、几种常
4、用换热设备,管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。管板式换热器在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。,特点：结构简单，制造成本低；管程清洗方便；管程可以分成多程，壳程也可以分成双程；规格范围广，故在工程上广泛应用。缺点有：壳体和管壁的温差较大，易产生温差力；壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合；壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。,板
5、翅式换热器,基本结构是由翅片、隔板、封条和导流片组成，在金属平板上放一翅片，再在其上放一金属平板，两边以边缘封条密封而组成一个基本单元，若干基本单元组成内部芯体。对各个通道进行不同方式的叠置和排列就得到逆流、错流、错逆流板翅式换热器板束。,错流,逆流,错逆流,其优点有：传热效率高；轻巧且牢固；结构紧凑；适应性好。缺点有：流道狭小，容易引起堵塞而增大压降；易结垢。,板翅式换热器结构图,空温式气化器,空温式气化器包含蒸发部与加热部,蒸发部由端板管连接并排的导热管构成,加热部由用弯管接头串联成一体的导热管组成。导热管是将散热片和管材挤压成型,其横截面一般为星形翅片,翅片材质采用铝合金。LNG空温式气
6、化器的安装形式为立式、露天。特点：零能耗、节约能源、低碳环保、运行成本极地；基本免日常维修保养，不产生维修费用和管理成本；安全系数高、运行稳定性好、管理简单。,开架式气化器,是以海水为热源用来使液态天然气气化的换热器。其基本组成单元为换热管，一块面板由平行分布的约80根连接上下总管的换热管组成，换热管两端由集气管或集液管焊接形成一个板型管束，5-6 块面板组合在一起形成一个模块，组成面板的翅片管为星状翅型。特点：工艺简单，运行可靠，耐用性和安全性高，运行和维护方便；应用广泛，海水、河水、锅炉和工艺废热都可以利用，尤其是海水。对海水有要求：防腐蚀；操作成本大，运行费用低，成本效益明显；气化器设备
7、比较大，投资较高；受气候等因素影响较大；管外易结冰，降低气化能力。,五、新型换热设备面临的问题,1）设备堵塞 最典型为板式换热器，板式换热器的流道间隙较小（2.5-6mm），直径大于1.5-3mm的颗粒杂物容易阻塞板片通道，使设备的压力降急剧恶化，导致设备因堵塞而换热能力大幅降低，严重的造成装置连续生产中断。2）结垢 可导致传热设备的传热系数降低，严重时还会堵塞通道。措施：换热器不宜用在较脏或易结垢的环境（除非增设有效的其他措施）；使用未经软化的冷却水作冷却介质时，操作温度应控制在50左右或者更低，以避开介质中钙镁离子析出的敏感温度。,3）密封失效 压力影响、温度影响、事件影响4）腐蚀 腐蚀是
8、复杂的化学现象，材料为奥氏体不锈钢的换热器表现出的腐蚀现象大多是 Cl-引起的应力腐蚀11，常发生在密封槽底部以及有污垢形成后的垢底部位5）其它问题管板复合折流板不规范管子截取不规范换热管底部结霜（冰）,六、强化传热,1）强化传热技术的出现随着能源危机日益严重，节能和能源的合理利用显得尤为重要。在工业生产中占有重要地位的换热器作为能量传递的基础设备，其传热性能好坏对节能有很大的影响。20世纪70年代初发生的世界性能源危机，有力地促进了强化传热技术的迅猛发展。要节能降耗，提高工业生产的经济效益，必须研究各种传热过程的强化问题，开发适用不同过程工业要求的强化传热结构及高效换热设备，这是开发新能源和
9、开展节能工作的迫切任务,2）强化传热技术及应用换热器的强化传热就是力求使单位面积在单位时间内，换热单位传热面积传递的热量达到最多。强化传热主要有三种途径：提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差。强化传热技术分为被动式强化技术(亦称为无功技术或无源强化技术)和主动式强化技术(亦称为有功技术或有源强化技术)。,被动式强化传热,处理表面：表面粗糙度的小尺度的改变和对表面涂层。粗糙表面：机械加工、碾轧、电化学腐蚀等方法制作粗糙表面。扩展表面：管内外翅片，如平直翅片、齿轮形翅片和椭圆形翅片。扰流装置：增强湍动，破坏层流底层，如管内装入麻花铁、螺旋圈或金属丝片。漩涡流装置:包括很多不同的几何布置和管内插
10、入物。,螺旋盘管：提高换热器的紧凑度。表面张力装置：利用相对较厚的芯吸材料或开槽表面来引导流体流动。添加物：添加剂（液体和气体）。壳程强化：改变管外形或加翅片;改变壳程挡板或关键支撑物的形式。,纵向翅片管,横向翅片管,螺旋槽纹管,缩放管,主动式强化传热,机械搅动：包括用机械搅动方法搅动、旋转传热表面和表面刮削。表面振动：振动增强了流体扰动，从而加强传热流体振动：振动强化中最实用的一类。静电场：使得传热表面附近的流体产生较大的主体混合，从而强化传热。喷射：多孔的传热表面向流体中喷射气体或向传热部分喷注类似的流体。抽吸：在核态沸腾和膜态沸腾中通过多孔的受热表面吸走蒸汽和在单向流中通过受热表面排出液体。,谢谢！,
