换热器介绍及热效率计算

一、换热器的基本概念

换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体， 的装置通称换热器。

以满足规定的工艺要求

三种类型换热器简介

•套管式

I

冗吕式

间壁式

•管束式

（吕冗式

）管翅式

板翅式

I

交叉流换热器

I I I

i

混合式

板式

螺旋板式

I

蓄热式

间壁式 —— 冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。 混合式一一冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。

回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热 式换热器。

2、换热器的分类？

螺旋板式换热器波纹管换热器列管式换热器板式换热器螺旋板换热器 管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热 器翅片管换热器 管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器

1、 浮头式换热器特点

2、 浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受 热时，管束连同浮

头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。

浮头式换热器的特点

浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在 壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热 膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂， 造价高（比固定管板高 20%，在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。

浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件

3、 固定管板式换热器（,4E-401,4E-200）

固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构 成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在 管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外 壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体 内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数， 因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造 价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温 差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀 系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由 于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温 差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。

4、 翅片管换热器（冷却器）（4E-202,4E-100,4E-501,4E-204）

凡在换热管上加装翅片，以达到增加散热面积的冷热交换器，均可归纳为 “翅片管散热器”，也叫热管式换热器。

翅片管散热器按翅片的结构形式可分为绕片式；串片式；焊片式；车L 片式。常用的材料为钢；不锈钢；铜；铝等。

翅片管散热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面 积大等特点。 二、换热器的简单计算

换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算

（1）设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积

（2）校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下，核算他能 否胜

任规定的新任务。

换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式

qmhCh(th th) = qmcCc(tc tc)⑴

© kA tm

qmh Ch 和

q

=

(2)

式中，氏m不是独立变量，因为它取决于 另外，根据公式（1）可知，一旦

mccc

以及th

th,th,tc,tc以及换热器的布置

8个未知数，即需要给定其中的 5

，th，tc，t中的三个已知的话，我们就可以计算出

，以及进出口温度中的三个，最终求 mhh , mcc

c

q

c

另 外一个温度。因此，上面的两个方程中共有 个变量，才可以计算另外三个变量。

对于设计计算而言，给定的是

q

对于校核计算而言，给定的一般是

k,,A 以及2个进口温度，待求的是

th, tc

举例简单计算： 以4E-100举例，

壳程：氮气 流量 30100kg/h,比热0.25 kcal/kg ,进口温度182 C 管程：导热油 流量16340kg/h 比热0.5 kcal/kg ,进口温度260 C ,出口温度

225 C

求氮气的出口温度是多少 ?（忽略污垢热阻）

可根据方程式（1）计算得氮气出口温度在 220 C .

以4E-501为例计算总的传热系数：

管程：循环水 流量 68000kg/h 比热1 kcal/kg ,进口温度32 C,出口温度37 C 壳程：氮气 流量 21936kg/h,比热0.25 kcal/kg ,进口温度97 C ,出口温度 35 C ,换热面积715m2计算传热系数 K

解：循环水热负荷

Q= qmcp (T 进-T 出)=68000*1* (32—37) =340000kcal

逆流 97 E

平均温度差

△ T1=97-37=60 △ T2=35-32=3

35 C

37C

因厶 T1/△ T2=60/3=20>2 △ TM=(A T1- △ T2)/LN( △ T1/△ T2)=19 C Q=KM TM K=Q/A △ TM=340000/715*19=25.03 kcal/h m2C

三、 影响换热器换热效果的因素

造成换热器换热效果下降的原因有以下几种

1） 冷却水量少 5 R% u: n2 F/ p! Z8 W% B&

2） 冷却水温高% O& Z7 u* k） {. 3） 壳程杂质堵塞换热器列管或者结垢，造成水冷器换热效果下降。 4） 管程杂质吸附在管壁上，造成换热效果下降。 5） 换热器内漏，造成换热效果下降。 6） 换热器投用时不排气造成换热效果下降。

四、 换热器热效率下降判断及换热器的清洗 ？

1。 根据温度判断：换热器出口温度减小 $ h' s8 B1 _, g 2。 根据压力判断：换热器出口压力减小，进口压力增大 3。 根据流量判断：，换热器出口流量减少

4。 根据换热器前后相关设备判断：换热器前设备压力增大，流量减少，液位升 高；换热器后设

备压力减小，流量减少，液位下降 换热器材的清洗

换热器结垢后清洗剂的选择

清洗剂的选择， 目前采用的是酸洗， 它包括有机酸和无机酸。有机酸主要 有：草酸、甲酸等。无机酸主要有： 盐酸、硝酸等。根据换热器结垢和工艺、 材质和水垢成分分析得出：

换热器流通面积小， 内部结构复杂， 清洗液若产生沉淀不易排放。

换热器材质为镍钛合金， 使用盐酸为清洗液， 容易对板片产生强腐蚀， 缩短换热器

的使用寿命。

通过反复试验发现， 选择甲酸作为清洗液效果最佳。在甲酸清洗液中加入缓 冲剂和表面活性剂，清洗效果更好， 并可降低清洗液对板片的腐蚀。

通过对水垢样本的化学试验研究表明， 甲酸能够有效地清除水垢。通过酸液 浸泡试验， 发现甲酸能有效地清除附在板片上的水垢， 同时它对换热器板片的 腐蚀作用也很小。 二、 换热器结垢后清洗水垢的要求

1) 酸洗温度： 提升酸洗温度有利于提高除垢效果， 如果温度过高就会加 剧酸洗液对换热器板片的腐蚀， 通过反复试验现， 酸洗温度控制在 60C为 宜。

2) 酸洗液浓度：根据反复试验得出， 酸洗液应按甲酸 8 1. 0%、水1 7.0%、缓冲剂 1.2%、表面活性剂 0.8%的浓度配制， 清洗效果极 佳。

3) 酸洗方法及时间： 酸洗方法应以静态浸泡和动态循环相结合的方法进

行。酸洗时间为先静态浸泡 2 h,然后动态循环 3_4 h。在酸洗过程中 应经常取样化验酸洗浓度， 当相邻两次化验浓度差值低于 0.2%时， 即可 认为酸洗反应结束。

4) 钝化处理： 酸洗结束后， 板式换热器表面的水垢和金属氧化物绝大部 分被溶解脱落， 暴露出崭新的金属， 极易腐蚀， 因此在酸洗后， 对换热器板 片进行钝化处理。 三、 换热器清洗水垢的具体步骤

1) 冲冼： 酸洗前， 先对换热器进行开式冲洗，使换热器内部没有泥、垢 等杂质， 这样既能提高酸洗的效果， 也可降低酸洗的耗酸量。

2) 将清洗液倒入清洗设备， 然后再注入换热器中。

3) 酸洗： 将注满酸溶液的换热器静态浸泡 2h， 然后连续动态循环 3 _4 h，其间每隔0. 5 h进行正反交替清洗。酸洗结后，若酸液pH值 大于 2，酸液可重复使用， 否则， 应将酸洗液稀释中和后排掉。

4) 碱洗：酸洗结束后， 用N aOH, Na3PO4, 软化水按一定 的比例配制好， 利用动态循环的方式对换热器进行碱洗， 达到酸碱中和， 使 换热器板片不再腐蚀。

5) 水洗： 碱洗结束后， 用清洁的软化水， 反复对换热器进行冲洗 0.5 h， 将换热器内的残渣彻底冲洗干净。

6) 记录： 清洗过程中， 应严格记录各步骤的时间， 以检查清洗效果。 总之， 清洗结束后， 要对换热器进行打压试验， 合格后方可使用。 四、 防止板式换热器结垢的措施

1) 运行中严把水质关， 必须对系统中的水和软化罐中的软化水进行严格的 水质化验， 合格后才能注入管网中。

2) 新的系统投运时， 应将换热器与供热系统分开， 进行一段时间的循环 后， 再将换热器并入系统中， 以避免管网中杂质进入换热器。

3) 在供热系统中， 除污器和过滤器应当进行不定期的清理外， 还应当保 持管网中的清洁， 以防止换热器堵塞。

1) 2)