換熱器(heat exchanger),是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備,又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位,其在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等,應用廣泛。
換熱器需要核對的參數(shù)眾多,主要包括以下幾類:
工藝參數(shù)
熱負荷:單位時間內(nèi)從一個流體介質(zhì)向另一個介質(zhì)傳遞的熱量,取決于被處理流體的流量和溫度差,是確定換熱器尺寸和性能的關鍵因素。
流體流量:流經(jīng)換熱器的冷熱流體的流量,影響傳熱效果和換熱器的運行成本,流量越大,通常需要的傳熱面積也越大。
進出口溫度:冷熱流體的進出口溫度決定了傳熱的溫差和熱傳遞的方向與效率,直接影響換熱器的熱負荷和選型。
工作壓力:尤其是氣體介質(zhì),壓力變化會導致密度等物性變化,影響傳熱和流動特性,需確保換熱器能在規(guī)定壓力下安全運行。
允許壓降:流體通過換熱器時允許的壓力損失,壓降過大會增加運行成本,甚至影響設備效率和正常運行。
流體物性參數(shù):包括粘度、導熱系數(shù)、密度、比熱等,這些參數(shù)決定了流體的傳熱和流動性能,對傳熱系數(shù)的計算至關重要。
污垢熱阻:反映流體在換熱器表面形成污垢的趨勢,污垢會降低傳熱效率,增加熱阻,設計時需考慮適當?shù)奈酃笩嶙枰员WC換熱器長期穩(wěn)定運行。
結(jié)構(gòu)參數(shù)
傳熱面積:足夠的傳熱面積是保證熱量有效傳遞的基礎,與換熱器的尺寸、形狀和管排數(shù)等相關,傳熱面積越大,熱交換效率通常越高。
換熱管類型:常見的有光管、螺紋管、波紋管、內(nèi)插件管等,不同類型適用于不同的工況和流體特性。
換熱管直徑:管徑大小影響傳熱系數(shù)、管程壓力和清洗難度,常用規(guī)格有ф19×2、ф25×2、ф38×2 等。
換熱管排列方式:如正方形、斜轉(zhuǎn) 45 度、三角形排列等,排列方式影響傳熱系數(shù)、壓降和管數(shù)排布。
換熱管間距:一般選用(1.2-1.5)d(d 為管徑),間距越小,流體湍動程度越高,但壓降也越大。
換熱管長度:一般市面上整根換熱管的長度為 6m、9m、12m 等,長徑比一般不宜超過 6-10(立式 4-6)。
折流板類型:主要分為弓形折流、盤式折流、折流桿等,不同類型的折流板在傳熱效率和壓降方面有不同特點。
折流板間距:影響殼程流體流速和壓降,一般最小間距不小于殼體內(nèi)徑 1/5 且不小于 50mm,最大間距為殼體內(nèi)徑。
折流板切割比例:單弓形一般為 10%-45%,雙弓形 15%-25%,取值過大或過小都會影響傳熱效果和流體流動。
殼體類型:包括殼徑和殼程結(jié)構(gòu)型式,殼體直徑越大,單臺換熱器的傳熱面積越大,單位傳熱面積的金屬耗量越低。
材質(zhì)參數(shù)
耐腐蝕性:根據(jù)流體的腐蝕性選擇合適的材料,如鈦、特殊合金、不銹鋼等,以防止換熱器被腐蝕,延長使用壽命。
機械強度:材料應具有足夠的強度和剛度,以承受工作壓力、溫度和流體沖擊力等,確保換熱器的安全性和可靠性。
導熱性能:導熱性能好的材料可以提高傳熱效率,降低傳熱熱阻,如銅、鋁等金屬的導熱性能較好,但成本和耐腐蝕性等因素也需綜合考慮。