换热器(heat exchanger),是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位,其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,应用广泛。
换热器需要核对的参数众多,主要包括以下几类:
工艺参数
热负荷:单位时间内从一个流体介质向另一个介质传递的热量,取决于被处理流体的流量和温度差,是确定换热器尺寸和性能的关键因素。
流体流量:流经换热器的冷热流体的流量,影响传热效果和换热器的运行成本,流量越大,通常需要的传热面积也越大。
进出口温度:冷热流体的进出口温度决定了传热的温差和热传递的方向与效率,直接影响换热器的热负荷和选型。
工作压力:尤其是气体介质,压力变化会导致密度等物性变化,影响传热和流动特性,需确保换热器能在规定压力下安全运行。
允许压降:流体通过换热器时允许的压力损失,压降过大会增加运行成本,甚至影响设备效率和正常运行。
流体物性参数:包括粘度、导热系数、密度、比热等,这些参数决定了流体的传热和流动性能,对传热系数的计算至关重要。
污垢热阻:反映流体在换热器表面形成污垢的趋势,污垢会降低传热效率,增加热阻,设计时需考虑适当的污垢热阻以保证换热器长期稳定运行。
结构参数
传热面积:足够的传热面积是保证热量有效传递的基础,与换热器的尺寸、形状和管排数等相关,传热面积越大,热交换效率通常越高。
换热管类型:常见的有光管、螺纹管、波纹管、内插件管等,不同类型适用于不同的工况和流体特性。
换热管直径:管径大小影响传热系数、管程压力和清洗难度,常用规格有ф19×2、ф25×2、ф38×2 等。
换热管排列方式:如正方形、斜转 45 度、三角形排列等,排列方式影响传热系数、压降和管数排布。
换热管间距:一般选用(1.2-1.5)d(d 为管径),间距越小,流体湍动程度越高,但压降也越大。
换热管长度:一般市面上整根换热管的长度为 6m、9m、12m 等,长径比一般不宜超过 6-10(立式 4-6)。
折流板类型:主要分为弓形折流、盘式折流、折流杆等,不同类型的折流板在传热效率和压降方面有不同特点。
折流板间距:影响壳程流体流速和压降,一般最小间距不小于壳体内径 1/5 且不小于 50mm,最大间距为壳体内径。
折流板切割比例:单弓形一般为 10%-45%,双弓形 15%-25%,取值过大或过小都会影响传热效果和流体流动。
壳体类型:包括壳径和壳程结构型式,壳体直径越大,单台换热器的传热面积越大,单位传热面积的金属耗量越低。
材质参数
耐腐蚀性:根据流体的腐蚀性选择合适的材料,如钛、特殊合金、不锈钢等,以防止换热器被腐蚀,延长使用寿命。
机械强度:材料应具有足够的强度和刚度,以承受工作压力、温度和流体冲击力等,确保换热器的安全性和可靠性。
导热性能:导热性能好的材料可以提高传热效率,降低传热热阻,如铜、铝等金属的导热性能较好,但成本和耐腐蚀性等因素也需综合考虑。