石油化工項目可行性研究報告編制規(guī)定電子書小商店10
1. 換熱器概述
換熱器（Heat Exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，是一種在不同溫度下的兩種或兩種以上流體間實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標，以滿足工藝條件的需要，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一，又稱熱交換器。
換熱器是石油化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備之一，根據(jù)統(tǒng)計，熱交換器的噸位約占整個工藝設(shè)備的20%，有的甚至高達30%，可想而知其重要性是不言而喻。
2. 應(yīng)用領(lǐng)域
換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、冰箱中的蒸發(fā)器、汽輪機裝置中的凝汽器、石化裝置工藝流程中的各種熱交換器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調(diào)、機械、食品、制藥及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，其在石油化工行業(yè)生產(chǎn)中可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，隨著時代的進步、科技的不斷發(fā)展，換熱器在我們的生活、生產(chǎn)中的利用價值越來越突出。
換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中，常常用作把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，我國換熱器產(chǎn)業(yè)保持年均10-15%左右的速度增長，換熱器的產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模在769億元左右（截止2015年）,石油化工領(lǐng)域仍然是換熱器產(chǎn)業(yè)*大的市場（約占30%）,其次為電力冶金領(lǐng)域（約占16%），隨后為船舶工業(yè)（約占8%），機械工業(yè)（約占8%），集中供暖行業(yè)，食品工業(yè)。另外，航天飛行器、半導(dǎo)體器件、核電常規(guī)島核島、風(fēng)力發(fā)電機組、太陽能光伏發(fā)電、多晶硅生產(chǎn)等領(lǐng)域都需要大量的專業(yè)換熱器，約占有25%的市場規(guī)模。
3. 換熱器發(fā)展
由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。
二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典**制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出**臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。
60年代左右，由于空間技術(shù)和**科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展。
70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又開發(fā)出熱管式換熱器。
20世紀80年代后，大量的強化傳熱元件被推向市場，如折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發(fā)式空冷器等高效換熱器。
進入21世紀后，大量的強化傳熱技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置，世界換熱器產(chǎn)業(yè)在技術(shù)水平上獲得了快速提升，板式換熱器日漸崛起。
4. 換熱器換熱原理
熱量從高溫物體傳送給低溫物體稱為傳熱。傳熱的方式有三種：傳導(dǎo)、對流和輻射。在換熱設(shè)備中主要是以傳導(dǎo)和對流兩種方式進行換熱的，熱流體(t1)先以對流傳熱方式將熱量Q傳給管（板）壁的一側(cè)(t2)再以傳導(dǎo)傳熱方式將熱量傳過管（板）壁(t3) ，*后管（板）壁另一側(cè)又將熱量以對流傳熱方式傳給了冷流體(t4)。
換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當兩種流體都無相變時，逆流的平均溫差*大、順流*小。
順流時，入口處兩流體的溫差*大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為*小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費，后者可節(jié)省操作費，故在設(shè)計或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。
當冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。
在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。
增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設(shè)計時應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。
5. 換熱器分類
換熱器應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，其結(jié)構(gòu)型式也很不同，業(yè)內(nèi)通常按傳熱原理或者用途分類。
5.1 按傳熱原理分類
5.1.1 間壁式換熱器
間壁式換熱器是冷熱溫度不同的兩種流體在被一固體壁面分開的空間里流動，通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱，是目前應(yīng)用*為廣泛的一類換熱器。
按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點它又可分為：
管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等；
板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等；
擴展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強化的傳熱管等。
5.1.2 直接接觸式換熱器
又稱混合式換熱器，是利用冷、熱兩種流體直接接觸，彼此混合進行熱量交換的設(shè)備。結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合。
例如，冷水塔、氣體冷凝器等。
5.1.3 蓄熱式換熱器
熱傳遞通過固體物質(zhì)（格子磚或填料等）構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體。熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)，把熱量積蓄在蓄熱體中，達到一定溫度后，再讓冷介質(zhì)通過蓄熱體被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。
由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣--氣熱交換的場合。
蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。
5.1.4 流體連接間接式換熱器
是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。
5.1.5 復(fù)式換熱器
兼有汽水面式間接換熱及水水直接混流換熱兩種換熱方式的設(shè)備。同汽水面式間接換熱相比，具有更高的換熱效率；同汽水直接混合換熱相比具有較高的穩(wěn)定性及較低的機組噪音。
5.2 按用途分類
5.2.1 加熱器
加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。
5.2.2 預(yù)熱器
預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標準的工藝參數(shù)。
5.2.3 過熱器
過熱器是將一定壓力下的飽和流體（工藝氣或蒸汽）加熱到相應(yīng)壓力下的過熱蒸汽狀態(tài)。
5.2.4 蒸發(fā)器
蒸汽發(fā)生器（俗稱蒸汽鍋爐）是利用燃料或其他能源的加熱流體，把水加熱，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。
5.2.5 再沸器
（也稱重沸器）是使液體再一次升溫汽化。
5.2.6 冷凝器
把氣體或蒸氣轉(zhuǎn)變成液體，將管子中的熱量，以很快的方式，傳到管子附近的空間中。冷凝器工作過程是個放熱的過程，所以冷凝器溫度都是較高的。
5.3 換熱器產(chǎn)品分類及技術(shù)特征如下表：
分類方法
產(chǎn)品類型及技術(shù)特征
按是否屬于壓力容器分類
（1）換熱壓力容器（管殼式、螺旋板式、板殼式）：受國家質(zhì)檢總局鍋爐壓力容器制造許可和監(jiān)督管理
（2）非壓力容器換熱器（板式、空冷式、板翅式）：可在全國鍋爐壓力容器標準化技術(shù)委員會熱交換器分委員會進行產(chǎn)品安全注冊
按傳熱表面結(jié)構(gòu)特點分類
（1）管型（管殼式、套管式、蛇管式）：承壓能力高，成本較低
（2）板型（板式、螺旋板式、板翅式、板殼式）：結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好
（3）其它形式
按傳熱原理過程分類
（1）間壁式（表面式）：參與換熱的兩流體互不相溶混
（2）直接接觸式（混合式）：用于參與換熱的兩種流體互相溶混，或允許兩者之間有物質(zhì)擴散、機械夾帶的場合
（3）蓄熱式（周期流動式）：用于從高溫爐氣中回收熱量以預(yù)熱空氣或?qū)怏w加熱至高溫，換熱過程分兩個階段進行
按所用材料分類
（1）金屬材料：碳素鋼、低合金鋼、奧氏體不銹鋼、鈦及鈦合金、鎳及鎳合金、銅及銅合金、鋁及鋁合金等
（2）非金屬材料：石墨、陶瓷、塑料、玻璃
按用途分類
（1）加熱器：用以加熱流體
（2）冷卻器：用以冷卻流體，通常用水或空氣為冷卻劑
（3）蒸發(fā)器：將液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w
（4）冷凝器：把氣體或蒸氣冷凝成液體按傳熱表面緊
按表面緊湊性分類
（1）緊湊式：傳熱面積密度≥700m2/m3
（2）非緊湊式：傳熱面積密度≤700m2/m3
按流程分類
（1）單流程：順流、逆流及交叉流
（2）多流程：擴展表面式（逆流交叉流和順流交叉流）
按流體相態(tài)和傳熱機理分類
（1）傳熱表面兩側(cè)無相變對流換熱
（2）傳熱表面一側(cè)為無相變對流換熱，另一側(cè)為相變對流換熱
（3）傳熱表面兩側(cè)有相變對流換熱
（4）對流和輻射的復(fù)合換熱
6. 換熱器結(jié)構(gòu)及特點
6.1 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及特點
6.1.1 管殼式換熱器零部件及名稱參考下圖：
6.1.2 管殼式換熱器型號：
結(jié)構(gòu)形式用三個英文字母以此表示前端結(jié)構(gòu)、殼體和后端結(jié)構(gòu)（包括管束）3部分，詳細分類型式及代號見下圖：
下圖為TEMA標準中結(jié)構(gòu)形式，與GB151基本一致。
6.1.3 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及特點
管殼式換熱器是目前用得*為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。
殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。
流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次就稱為一個殼程，而圖A所示為*簡單的單殼程單管程換熱器。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程；同樣為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可以配合使用。管束的壁面即為傳熱面。管子型號通常為φ16mm、φ20mm或φ25mm，管壁厚度通常為1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。進口管直徑*低可到8mm，壁厚僅為0.6mm。
由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過50℃時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類型：
（1）固定管板式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，當殼體直徑相同時，可安排更多的管子，也便于分程，同時制造成本較低。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于進行堵管或換管，但無法在管子的外表面進行機械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。更主要的缺點是當殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。
這種換熱器結(jié)構(gòu)比較簡單，但有其局限性。介質(zhì)溫度及兩種流體溫差不能過大。
（2）浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動的浮頭，故當管束與殼體兩側(cè)介質(zhì)的溫差較大受熱伸長時，殼體和管束相對膨脹是自由的，兩者互不牽制，因而不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進行清洗，也便于檢修。鉤圈一般都為對開式結(jié)構(gòu)，要求密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。由上述特點可知，浮頭式換熱器多用于溫度波動和溫差大的場合，盡管與固定管板式換熱器相比其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、造價更高。
浮頭換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu)，按不同的要求可設(shè)計成各種形式，除必須考慮管束能在設(shè)備內(nèi)自由移動外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著重要作用。隨著浮頭式換熱器的設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長期以來使用經(jīng)驗的積累，鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不段的改進和完善。
在設(shè)計時必須考慮浮頭管板的外徑。該外徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑，一般推薦浮頭管板與殼體內(nèi)壁的間隙等于3~5mm。這樣，當浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內(nèi)抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配，所以在設(shè)計中應(yīng)考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密封。
浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在長期使用過程中積累了豐富的經(jīng)驗。盡管受到不斷涌現(xiàn)的新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也不斷促進了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中仍占主導(dǎo)地位。
浮頭式換熱器優(yōu)點：
（1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；
（2）介質(zhì)間溫差不受限制；
（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕；
（4）可用于結(jié)垢比較嚴重的場合；
（5）可用于管程易腐蝕場合。
浮頭式換熱器缺點：
（1）小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏；
（2）金屬材料耗量大，成本高20%；
（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜
（3）U型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見圖3。
每根管子都彎成U形，一束管子被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個管箱。因為管束與殼體是分離的，在受熱膨脹時，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。進、出口分別安裝在同一管板的兩側(cè)，并將封頭以隔板分成兩室。其結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，只能用化學(xué)方法清洗，故*好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過。由于彎管的外側(cè)管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故U型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點。通常用于高溫高壓和物料較清潔的場合。
（4） 雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖4。
管程流體（B流體）從管箱進口管流入，通過內(nèi)插管到達外套管的底部，然后返回，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，*后從管箱出口管流出。其特點是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價較高。
（5） 填料函式換熱器：結(jié)構(gòu)參照圖5。
管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。
6.1.4 管殼式換熱器發(fā)展趨勢：
大量的應(yīng)用，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。國內(nèi)在不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金（具有較高的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性，價格比鈦材便宜）及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再采用強化管傳熱，效果將更好。如采用螺旋管束設(shè)計，可以*大限度的增加湍流效果，加大換熱效率，內(nèi)部殼層和管層的不對稱設(shè)計，*大可以達到4.6倍，這種不對稱設(shè)計，決定其在汽-水換熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。*大換熱效率可以達到w/m2.k，大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。
目前國內(nèi)已能對材料進行噴涂，在節(jié)能增效等方面改進換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績，有效的提高了能源的利用率，成本降低，效益提高。
管殼換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。
6.2 套管式換熱器
6.2.1 結(jié)構(gòu)原理
套管式換熱器是由兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管，并由U形彎頭連接而成，以同心套管中的內(nèi)管作為傳熱元件的換熱器。
每一段套管稱為“一程“，程的內(nèi)管（傳熱管）借U形肘管，而外管用短管依次連接成排，固定于支架上。
這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大；兩種流體可為純逆流，對數(shù)平均推動力較大，通常熱流體由上部引入，而冷流體則由下部引入。
套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目)， 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點，適用于小容量換熱。當內(nèi)外管壁溫差較大時，可在外管設(shè)置U形膨脹節(jié)或內(nèi)外管間采用填料函滑動密封，以減小溫差應(yīng)力。管子可用鋼、鑄鐵、銅、鈦、陶瓷、玻璃等制成，若選材得當，可用于腐蝕性介質(zhì)的換熱，這種換熱器具有若干突出的優(yōu)點，所以至今仍被廣泛用于石油化工等工業(yè)部門。
6.2.2 優(yōu)點
① 結(jié)構(gòu)簡單。因為它由標準構(gòu)件組合而成，安裝時無需另外加工。
② 傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同時還可以選取合適的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側(cè)流體的傳熱系數(shù)，因此它的傳熱效果好。液-液換熱時，傳熱系數(shù)為 870～1750W/（m2·℃）。這一點特別適合于高壓、小流量、低傳熱系數(shù)流體的換熱。
③ 工作適應(yīng)范圍大，傳熱面積增減方便，兩側(cè)流體均可提高流速，使傳熱面的兩側(cè)都可以有較高的傳熱系數(shù)，是單位傳熱面的金屬消耗量大，為增大傳熱面積、提高傳熱效果，可在內(nèi)管外壁加設(shè)各種形式的翅片，并在內(nèi)管中加設(shè)刮膜擾動裝置，以適應(yīng)高粘度流體的換熱。
④ 可以根據(jù)安裝位置任意改變形態(tài)，利于安裝。
6.2.3 缺點
① 檢修、清洗和拆卸都較麻煩。
② 生產(chǎn)中，有較多材料選擇受限，由于套管式換熱器大多是內(nèi)管中不允許有焊接，因為焊接會造成受熱膨脹開裂，而套管式換熱器大多數(shù)為了節(jié)省空間選擇，彎制，盤制成蛇管形態(tài)，故有較多特殊的耐腐蝕材料無法正常生產(chǎn)。
③ 占地面積大，單位傳熱面積金屬耗量多，約為管殼式換熱器的5倍；管接頭多，易泄漏；流阻大。
④ 目前國內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一的焊接標準，各個企業(yè)都是根據(jù)其他換熱產(chǎn)品經(jīng)驗選擇焊接方式，因此在焊接處出現(xiàn)各類問題司空見慣，需要經(jīng)常注意檢查，保養(yǎng)。
6.2.4 清洗
套管式換熱器長期運行會導(dǎo)致設(shè)備被水垢堵塞，將會使效率降低、能耗增加、壽命縮短。如果水垢不能被及時地清除，就會面臨設(shè)備維修、停機或者報廢更換的危險。
長期以來傳統(tǒng)的清洗方式如機械方法（刮、刷）、高壓水、化學(xué)清洗(酸洗)等在對換熱器清洗時出現(xiàn)很多問題：不能徹底清除水垢等沉積物，并對設(shè)備造成腐蝕，殘留的酸對材質(zhì)產(chǎn)生二次腐蝕或垢下腐蝕，*終導(dǎo)致更換設(shè)備，清洗廢液有毒，需要大量資金進行廢水處理。可采用高效環(huán)保清洗劑避免上述情況，其具有高效、環(huán)保、安全、無腐蝕特點，不但清洗效果良好而且對設(shè)備沒有腐蝕，能夠保證設(shè)備的長期使用。
6.3 夾套式換熱器：
這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)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(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。
6.4 沉浸式蛇管換熱器：
這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中.蛇管換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；其缺點是容器內(nèi)液體湍動程度低，管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。
6.5 噴淋式換熱器：
這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動，冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用.因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。
6.6 板式換熱器
板換是*典型的間壁式換熱器，在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。常規(guī)結(jié)構(gòu)如下：
1.固定板 2.壓板 3.支撐 4.橫梁 5.導(dǎo)向 6.扎架托輥 7.拉緊螺栓 8.固定螺絲 9.橡膠襯墊（鈦、不銹） 10.墊片（橡膠） 11.板式轉(zhuǎn)換層
可拆卸板式換熱器是由許多沖壓有一定波紋形狀的金屬薄板按一定間隔，板間的四周通過膠條墊片密封，并用框架和壓緊螺旋重疊壓緊而成，各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換。板片和墊片的四個角孔形成了流體的分配管和匯集管，同時又合理地將冷熱流體分開，使其分別在每塊板片兩側(cè)的流道中流動，通過板片進行熱交換。板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。
板式換熱器是液—液、液—汽進行熱交換的理想設(shè)備。長期在市場占據(jù)主導(dǎo)地位，具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積
小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點。但是其更換膠條價
價格昂貴（膠條的更換費用大約占整個過程的1/3-1/2）。
6.6.1 板換特點：（板式換熱器與管殼式換熱器的比較）
a.傳熱系數(shù)高，高效節(jié)能；
由于不同的波紋板相互倒置，構(gòu)成復(fù)雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動，能在較低的雷諾數(shù)（一般Re=50~200）下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，其換熱系數(shù)在3000～4500kcal/m2·℃·h，在相同壓力損失情況下，一般認為是管殼式的3~5倍。
b.對數(shù)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(nèi)流動，總體上是錯流流動，對數(shù)平均溫差修正系數(shù)小，而板式換熱器多是并流或逆流流動方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)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. 結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。
板式換熱器板片緊密排列，地面積和占用空間較少，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2~5倍，也不像管殼式那樣要預(yù)留抽出管束的檢修場所，因此實現(xiàn)同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/3。面積相同換熱量的板式換熱器僅為管殼式換熱器的1/5。
d. 適應(yīng)性強,容易改變換熱面積或流程組合；
板式換熱器板片為獨立元件，可按要求隨意增減流程，形式多樣；可適用于各種不同的、工藝的要求,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(yīng)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,使用壽命長；
板式換熱器的傳熱板是采用不銹鋼或鈦合金板片沖壓加工，可耐各種腐蝕介質(zhì)，標準化程度高，并可大批生產(chǎn)，管殼式換熱器一般采用手工制作。
h. 容易清洗拆裝方便；
框架式板式換熱器靠夾緊螺栓將夾固板板片夾緊，只要松動壓緊螺栓，即可松開板束，卸下板片進行機械清洗，膠墊可隨意更換，這對需要經(jīng)常清洗設(shè)備的換熱過程十分方便。同時由于板面光潔，湍流程度高，不易結(jié)垢。
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，熱回收率可高達90%以上。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。
j. 容量較小；
約為管殼式換熱器的10%~20%。
k. 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(tǒng)的光滑管的壓力損失大。
l. 不易結(jié)垢；
由于內(nèi)部充分湍動，所以不易結(jié)垢，其結(jié)垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/3~1/10.
m. 工作壓力不宜過大，介質(zhì)溫度不宜過高，可能發(fā)生泄露；
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(zhì)溫度應(yīng)在低于250℃以下，否則有可能泄露。
n. 易堵塞；
由于板片間通道很窄，一般只有2~5mm，當換熱介質(zhì)含有較大顆粒或纖維物質(zhì)時，容易堵塞板間通道。
o.使用壽命長；
板式換熱器采用不銹鋼或鈦合金板片壓制，可耐各種腐蝕介質(zhì)，膠墊可隨意更換，并可方便在、拆裝檢修。
p.不串液；
板式換熱器密封槽設(shè)置泄液液道，各種介質(zhì)不會串通，即使出現(xiàn)泄露，介質(zhì)總是向外排出。
6.6.2 板換的分類
一般情況下，我們主要根據(jù)結(jié)構(gòu)來區(qū)分板式換熱器，也就是根據(jù)外形來區(qū)分，可分為四大類：
① 可拆卸板式換熱器（又叫帶密封墊片的板式換熱器）
② 焊接板式換熱器
③ 螺旋板式換熱器
④ 板卷式換熱器（又叫蜂窩式換熱器）。
其中，焊接板式換熱器又分為：半焊接板式換熱器、全焊接板式換熱器、板殼式換熱器、釬焊板式換熱器。
經(jīng)常用到的分類還有以下：
① 根據(jù)單位空間內(nèi)的換熱面積的多少，板式換熱器屬于緊湊式換熱器，主要是與管殼式換熱器進行比較，傳統(tǒng)的管殼式換熱器占地較大。
② 根據(jù)工藝用途，又有不同的叫法：板式加熱器、板式冷卻器、板式冷凝器、板式預(yù)熱器；
③ 根據(jù)流程組合，分為單程板式換熱器和多程板式換熱器；
④ 根據(jù)兩種介質(zhì)的流動方向，分為順流（并流）板式換熱器、逆流板式換熱器、交叉流（橫流）板式換熱器，后兩者用的比較多；
⑤ 按照流道的間隙大小，分為常規(guī)間隙板式換熱器和寬間隙板式換熱器；
⑥ 按照波紋，板式換熱器有更詳細的分別，不再累述，請參考：板式
換熱器板片波紋形式。
⑦ 按照是否是成套產(chǎn)品，可分為單機板式換熱器、板式換熱器機組。
6.7 混合式換熱器
混合式熱交換器是依靠冷、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(cè)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(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。
按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：
(1)冷卻塔(或稱冷水塔)
在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。
(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)
在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其*廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多。空調(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用！
(3)噴射式熱交換器
在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶。
(4)混合式冷凝器
這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。
6.8 蓄熱式換熱器
蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)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(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。
蓄熱式換熱器一般用于對介質(zhì)混合要求比較低的場合。
6.9 換熱器陶瓷
陶瓷換熱器是一種新型的列管式高溫熱能回收裝置，主要成份為碳化硅，可以廣泛用于冶金、機械、建材、化工等行業(yè)，直接回收各種工業(yè)窯爐排放的850－1400℃高溫煙氣余熱，以獲得高溫助燃空氣或工藝氣體。
陶瓷換熱器
研制成的這種裝置的換熱元件材料系一種新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高溫和抗熱沖擊的優(yōu)異性能，從 1000 ℃ 風(fēng)冷至室溫，反復(fù)50 次以上不出現(xiàn)裂紋；導(dǎo)熱系數(shù)與不銹鋼等同；在氧化性和酸性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。在結(jié)構(gòu)上成功地解決了熱補償和較好地解決了氣體密封問題。該裝置傳熱效率高，節(jié)能效果顯著，用以預(yù)熱助燃空氣或加熱某些過程的工藝氣體，可節(jié)約一次能源，燃料節(jié)約率可達30%－55%，并可強化工藝過程，顯著提高生產(chǎn)能力。
陶瓷換熱器的生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同，導(dǎo)熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng)用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風(fēng)及高溫保護，當窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應(yīng)是1000-1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，這樣直接降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟效益。
陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題。它的主要優(yōu)點是：導(dǎo)熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。
6.10 渦流熱膜換熱器
渦流熱膜換熱器是采用*新的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過改變流體運動狀態(tài)來增加傳熱效果，當介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時，強力沖刷管子表面，從而提高換熱效率，*高可達W/m2℃。
這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結(jié)垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱系數(shù)降低。
渦流熱膜換熱器的*大特點在于經(jīng)濟性和安全性統(tǒng)一。由于考慮了換熱管之間，換熱管和殼體之間流動關(guān)系，不再使用折流板強行阻擋的方式逼出湍流，而是靠換熱管之間自然誘導(dǎo)形成交替漩渦流，并在保證換熱管不互相摩擦的前提下保持應(yīng)有的顫動力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會彼此碰撞，既克服了浮動盤管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問題，又避免了普通管殼式換熱器易結(jié)垢的問題。
性能特點:
（1）高效節(jié)能，該換熱器傳熱系數(shù)為6000-8000W/m2.℃。
（2）全不銹鋼制作，使用壽命長，可達20年以上。
（3）改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻。
（4）換熱速度快，耐高溫（400℃），耐高壓（2.5Mpa）。
（5）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，重量輕，安裝方便，節(jié)約土建投資。
（6）設(shè)計靈活，規(guī)格齊全，實用針對性強，節(jié)約資金。
（7）應(yīng)用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質(zhì)熱交換。
（8）維護費用低，易操作，清垢周期長，清洗方便。
（9）采用納米熱膜技術(shù)，顯著增大傳熱系數(shù)。
（10）應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。 歡迎加入化工設(shè)備圈
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