看點

　　01

　　換熱器的定義

　　換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，即在一個大的密閉容器內裝上水或其他介質，而在容器內有管道穿過。讓熱水從管道內流過。

　　由于管道內熱水和容器內冷熱水的溫度差，會形成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫物體的熱量總是向低溫物體傳遞，這樣就把管道里水的熱量交換給了容器內的冷水，換熱器又稱熱交換器。

　　看點

　　02

　　換熱器的分類與結構

　　換熱器按用途分類可以分為：

　　冷卻器、冷凝器、加熱器、換熱器、再沸器、蒸氣發生器、廢熱(或余熱)鍋爐。

　　按換熱方式可以分為：

　　直接接觸式換熱器（又叫混合式換熱器）、蓄熱式換熱器和間壁式換熱器。

　　下面主要介紹一下按換熱方式分類的換熱器：

　　1) 直接接觸式換熱器

　　直接接觸式交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。

　　故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生 產部門。

　　常用的混合式換熱器有：冷卻塔、氣體洗滌塔、噴射式換熱器和混合式冷凝器。

　　2) 蓄熱式換熱器

　　蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設備。內裝固體填充物，用以貯蓄熱量。

　　一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。

　　換熱分兩個階段進行。

　　**階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。

　　第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。

　　這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業，如煉鋼平爐的蓄熱室。

　　也用于化學工業，如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。

　　3) 間壁式換熱器

　　此類換熱器中，冷熱倆流體間用一金屬隔開，以便倆種流體不相混合而進行熱量傳遞。

　　在化工生產中冷熱流體經常不能直接接觸，故而間壁式換熱器是*常用的一種換熱器。

　　下面主要介紹一下間壁式換熱器的分類：

　　a) 夾套式換熱器

　　由容器外壁安裝夾套制成。（如圖所示）

　　這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結構簡單;但其加熱面受容

　　器壁面限制,傳熱系數也不高.

　　為提高傳熱系數且使釜內液體受熱均勻,可在釜內安裝攪拌器.

　　當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施,以提高夾套一側的給熱系數.

　　為補充傳熱面的不足,也可在釜內部安裝蛇管.

　　夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。

　　b) 蛇管式換熱器

　　蛇管式換熱器又分為沉浸式蛇管換熱器和噴淋式蛇管換熱器。

　　沉浸式蛇管換熱器如圖所示

　　蛇管多以金屬管彎繞成各種與容器相適應的形狀，并沉浸在容器內的液體中。

　　其優點是：結構簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造。

　　缺點：容器內液體湍動程度低，管外給熱系數小。

　　噴淋式蛇管換熱器如圖所示

　　將換熱管成排地固定在鋼架上。

　　熱流體在管內流動，冷卻水在裝置上方均勻淋下。

　　優點：熱流體在管內流動，冷卻水在裝置上方均勻淋下。傳熱系數大，故噴淋式換熱器傳熱效果優于沉浸式蛇管換熱器。

　　但是期要在露天放置，占地位置大而且水容易濺到周圍環境，使用起來不方便。

　　c) 套管式換熱器

　　（如圖所示）由套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并用U形彎頭連接而成。

　　因為管內管外流體流速較大。 冷、熱流體可以作純逆流，故而其傳熱系數大，傳熱效果好。常用的水伴熱就是一種簡易的套管式換熱器。

　　d) 管殼式換熱器

　　管殼式(又稱列管式) 換熱器是*典型的間壁式換熱器,它在工業上的應用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。

　　管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內部裝有平行管束,管束兩端固定于管板上。

　　在管殼換熱器內進行換熱的兩種流體,一種在管內流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。

　　為提高管外流體給熱系數,通常在殼體內安裝一定數量的橫向折流檔板。

　　折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種（如下圖所示）,前者應用更為廣泛。

　　流體在管內每通過管束一次稱為一個管程,每通過殼體一次稱為一個殼程。

　　為提高管內流體的速度,可在兩端封頭內設置適當隔板,將全部管子平均分隔成若干組。

　　這樣,流體可每次只通過部分管子而往返管束多次,稱為多管程。

　　同樣,為提高管外流速,可在殼體內安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間,稱多殼程。

　　在管殼式換熱器內,由于管內外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大, 換熱器內部將出現很大的熱應力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上松脫。

　　因此,當管束和殼體溫度差超過50℃時,應采取適當 的溫差補償措施,消除或減小熱應力。

　　補償方法：

　　在殼體上附有膨脹圈或者采用U形管換熱器和浮頭式換熱器。

　　固定管板式換熱器

　　當冷熱流體溫差不大時，可采用固定管板式換熱器。

　　它結構簡單成本低，但清洗困難，不適用于易結垢的流體和溫差較大的流體。

　　如果溫差不是很大，可采用帶有補償圈的固定管板式換熱器。

　　下圖為帶有補償圈的固定管板式換熱器。

　　浮頭式換熱器

　　如上圖所示為浮頭式換熱器，它兩端的管板一端可沿軸向自由浮動，從而消除熱應力。

　　而且整個管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修。

　　但是結構復雜，造價較高。工業上一般都使用這種換熱器。

　　U形管換熱器

　　如上圖為U形管換熱器，U形管換熱器的每根換熱管都彎成U形，進出口分別安裝在同一管板的兩側，封頭以隔板分成兩室。每根管可自由伸縮，與外殼無關。

　　從而消除熱應力，其結構比浮頭式換熱器簡單。

　　但管程不易清洗，使用有很大的局限性只適用于潔凈流體。

　　e) 板式換熱器

　　板式換熱器是由一組長方形的薄金屬傳熱板片構成，用框架將板片夾緊組裝于支架上。

　　兩個相鄰板片的邊緣襯以墊片(各種橡膠或壓縮石棉等制成)壓緊，板片四角有圓孔，形成流體的通道。

　　板式換熱器和管殼式換熱器的區別：

　　a.傳熱系數高

　　由于不同的波紋板相互倒置，構成復雜的流道，使流體在波紋板間流道內呈旋轉三維流動，能在較低的雷諾數（一般Re=50~200）下產生紊流，所以傳熱系數高，一般認為是管殼式的3~5倍。

　　b.對數平均溫差大，末端溫差小

　　在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內流動，總體上是錯流流動，對數平均溫差修正系數小，而板式換熱器多是并流或逆流流動方式，其修正系數也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在板式換熱器內的流動平行于換熱面、無旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對水換熱可低于1℃，而管殼式換熱器一般為5℃.

　　c.占地面積小

　　板式換熱器結構緊湊，單位體積內的換熱面積為管殼式的2~5倍，也不像管殼式那樣要預留抽出管束的檢修場所，因此實現同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/5~1/8。

　　d.容易改變換熱面積或流程組合，

　　只要增加或減少幾張板，即可達到增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達到所要求的流程組合，適應新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加

　　e.重量輕

　　板式換熱器的板片厚度僅為0.4~0.8mm，而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.0~2.5mm，管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。

　　f.價格低

　　采用相同材料，在相同換熱面積下，板式換熱器價格比管殼式約低40%~60%。

　　g. 制作方便

　　板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標準化程度高，并可大批生產，管殼式換熱器一般采用手工制作。

　　h. 容易清洗

　　框架式板式換熱器只要松動壓緊螺栓，即可松開板束，卸下板片進行機械清洗，這對需要經常清洗設備的換熱過程十分方便。

　　i. 熱損失小

　　板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。

　　j. 容量較小

　　是管殼式換熱器的10%~20%。i. 單位長度的壓力損失大 由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統的光滑管的壓力損失大。

　　k. 不易結垢

　　由于內部充分湍動，所以不易結垢，其結垢系數僅為管殼式換熱器的1/3~1/10.k.工作壓力不宜過大，介質溫度不宜過高，有可能泄露板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過2.5MPa，介質溫度應在低于250℃以下，否則有可能泄露。

　　l.易堵塞

　　由于板片間通道很窄，一般只有2~5mm，當換熱介質含有較大顆粒或纖維物質時，容易堵塞板間通道。

　　看點

　　03

　　換熱器型號的識別

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