換熱容器

換熱容器

換熱容器是指主要用於完成介質的熱量交換的容器(代號E)。如管殼式餘熱鍋爐、熱交換器、冷卻器、冷凝器、蒸發器、加熱器、硫化鍋、消毒鍋、染色器、烘缸、磺化鍋、蒸炒鍋、預熱鍋、溶劑預熱鍋、蒸鍋、蒸脫機、電熱蒸汽發生器和煤氣發生爐水夾套等。

對流換熱

對流換熱是流體和與之接觸的固體壁面之間的換熱。

速度邊界層:流體流過閻體壁面的時候,由於流體的黏性,緊貼壁面的流體和固壁之問沒有相對運動,若流體主流和壁面之問有相對運動,則在壁面附近流體相對於壁面的運動有一個逐漸增大的區間,壁面附近這個速度變化顯著的薄層就是速度邊界層。

溫度邊界層:在對流換熱現象中,若壁面溫度是t,流體主體的溫度是t,溫度是連續變化的,則緊貼壁面的流體溫度等於壁面溫度,在貼近壁面的一層流體中,溫度從t逐漸變化到主流溫度t,這一溫度變化顯著的流體薄層稱為溫度邊界層。

影響對流換熱因素

影響對流換熱的因素很多.主要包括:

(1)流動的起因,即是強制對流還是自然對流。強制對流時流體的流動是外力驅動的,而自然對流時流體的流動是由換熱本身引起的流體中的溫度差(密度差)驅動的。

(2)流體有無相變。有相變的沸騰換熱或凝結換熱和單相流體的換熱規律有較大差異,需要考慮汽化潛熱。如飽和水定壓汽化的過程中,流體吸收熱量汽化,但溫度不變。

(3)流動的狀態,即湍流還是層流。湍流邊界層的熱對流較強,而層流邊界層中的熱對流很弱。

(4)壁面的幾何形狀。流體流過不同形狀的固體表而時,流動形態受到壁面幾何因素的影響。如同樣的流體,同樣的來流速度流過平板和橫掠圓管時,換熱狀況不同。

(5)流體的物理性質,包括流體的導熱係數、密度、比熱容、運動黏度以及體脹係數等。

工藝要求

換熱容器是進行熱量交換的通用設備,簡稱換熱器。在化工生產中,流體加熱、冷卻,液體氣化或蒸氣冷凝等過程都需進行熱量交換,因而需要換熱器,故其在化工生產中得到極為廣泛的套用。通常在石油、化工裝置的建設中,換熱器約占總投資的20%,在全廠化工設備總重量中約占40%。因此,換熱器的先進性、合理性和運轉的可靠性,將直接影響著產品的質量、數量和成本。

換熱器的種類很多,它們的結構形式和套用場合也各不相同,一台比較完善的換熱器除需滿足化工工藝要求外,尚需考慮下列因素:

(1)換熱效率高;

(2)流體流動的阻力小;

(3)結構可靠,製造成本低;

(4)便於安裝、檢修。

生產中最常用的換熱器型式有:套管式、蛇管式、管殼式、板式換熱器(包括螺旋板式、板翅式)等。在這些換熱器中要同時滿足上述4條是很困難的,任何換熱設備都不可能是十全十美的,例如平板換熱器等高效換熱設備具有體積小、重量輕等優點,但也有流動阻力大,製造、檢修較困難等缺點。雖然管殼式換熱器在換熱效率、緊湊性和金屬消耗量等方面均不及高效換熱器,但它具有結構堅固,能夠承受高溫、高壓,製造工藝較成熟,選材範圍廣等優點,因此仍是石油、化工生產中的主要設備。

按傳熱方式分類

1.直接接觸式換熱器,這種換熱器又稱混合式換熱器,它是利用兩種流體充分接觸,彼此混合進行換熱。為增加流體間的相互接觸,在設備中常設定填料和柵板,容器做成塔形結構。這種換熱器傳熱效率高,單位容積提供的傳熱面積大,設備結構簡單,但如果工藝上不允許兩種流體混合,則不能採用這種結構。

2.表面式換熱器,這種換熱器又稱間壁式換熱器,冷熱兩種流體進入換熱器後被固體壁面隔開,互不接觸,熱量由熱流體通過壁面傳給冷流體。此類換熱器套用最為廣泛,形式多樣,包括各種管殼式和管板式換熱器。

3.蓄熱式換熱器,這種換熱器又稱回熱式換熱器,高溫流體和低溫流體交替通過固體構成的蓄熱體,將熱量由高溫流體傳給低溫流體。使用這種換熱器時,兩種流體會有一定量的混合,如果工藝上不允許兩種流體混合,則不能採用這種結構。如迴轉式空氣預熱器就是一種蓄熱式換熱器。

4.中間載熱體式換熱器,這種換熱器是把2個表面式換熱器由在其中循環的載熱體連線起來的換熱器。載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器問循環,從高溫流體換熱器中吸收熱量,向低溫流體換熱器放出熱量。如熱管式換熱器、液體或氣體偶聯的表面換熱器等。

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