原標題：動圖演示，各種換熱器工作原理及性能特點總結！

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　　來源： OAOSM燃氣模塊爐容積爐專家

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　　U形管式換熱器

　　每根管子都彎成U形，固定在同一側管板上，每根管可以自由伸縮，也是為了消除熱應力。

　　性能特點：

　　◆ 此類換熱器的特點是管束可以自由伸縮，不會因管殼之間的溫差而產生熱應力，熱補償性能好；管程為雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好；承壓能力強；管束可從殼體內抽出，便于檢修和清洗，且結構簡單，造價便宜。

　　◆ 其缺點是管內清洗不便，管束中間部分的管子難以更換，又因*內層管子彎曲半徑不能太小，在管板中心部分布管不緊湊， 所以管子數不能太多，且管束中心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換熱。

　　◆ 此外，為了彌補彎管后管壁 的減薄，直管部分需用壁較厚的管子。這就影響了它的使用場合，僅宜用于管殼壁溫相差較大，或殼程介質易結垢而管程介質清潔及不易結垢，高溫、高壓、腐蝕性強的情形。

　　沉浸式蛇管換熱器

　　沉浸式蛇管換熱器以蛇形管作為傳熱元件的換熱器，是間壁式換熱器種類之一。根據管外流體冷卻方式的不同，蛇管式換熱器又分為沉浸式和噴淋式。

　　優點：

　　這是一種古老的換熱設備。它結構簡單，制造、安裝、清洗和維修方便，便于防腐，能承受高壓，價格低廉，又特別適用于高壓流體的冷卻、冷凝，所以現代仍得到廣泛應用。

　　缺點：

　　由于容器體積比管子的體積大得多、笨重、單位傳熱面積金屬耗量多，因此管外流體的表面傳熱系數較小。為提高傳熱系數，容器內可安裝攪拌器。

　　列管式換熱器

　　冷流體走管內，熱流體經折流板走管外，冷、熱流體通過間壁換熱。

　　性能特點：

　　列管式換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內管外是2種不同溫度的流體。因此，當管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產生了很大的溫差應力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。

　　為了克服溫差應力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6MPa時由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償的作用，就應考慮其他結構。

　　螺旋板式換熱器

　　由兩塊相互平行的鋼板，卷制成相互隔開的螺旋形流道。螺旋板的兩端焊有蓋板。冷熱流體分別在兩流道內流動。

　　性能特點：

　　1、傳熱效率高（性能好）

　　一般認為螺旋板式換熱器的傳熱效率為列管式換熱器的1~3倍。等截面單通道不存在流動死區，定距柱及螺旋通道對流 動的擾動降低了流體的臨界雷諾數，水水換熱時螺旋板式換熱器的傳熱系數*大可達3000W/（㎡·K）。

　　2、有效回收低溫熱能

　　螺旋板式換熱器由兩張卷制而成，進行余熱回收，充分利用低溫熱能。

　　3、運行可靠性強

　　不可拆式螺旋板式換熱器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有較高的密封性，保證2種工作介質不混合。

　　4、阻力小

　　在殼體上的接管采用切向結構。比較低的壓力損失，處理大容量蒸汽或氣體；有自清刷能力，因其介質呈螺旋型流動 ，污垢不易沉積；清洗容易，可用蒸汽或堿液沖洗，簡單易行，適合安裝清洗裝置；介質走單通道，允許流速比其他換熱器高。

　　5、可多臺組合使用

　　單臺設備不能滿足使用要求時，可以多臺組合使用，但組合時必須符合下列規定：并聯組合、串聯組合、設備和通道 間距相同。混合組合：一個通道并聯，一個通道串聯。

　　噴淋式換熱器

　　熱流體在裸露的管中流過，冷卻水噴淋流過蛇管。

　　性能特點：

　　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。

　　熱管換熱器

　　一根密封的金屬管子，管內壁覆蓋一層有毛細結構材料作成的芯網，其中間是空的。管內裝有一定量的熱載體（如液氨、氟利昂等），被氣化，流向冷端，蒸汽在冷端被冷凝，放出汽化潛熱，而加熱了冷流體。冷凝液又流回熱端，如此反復。

　　性能特點：

　　1、熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發生破壞時基本不影響換熱器運行。熱管換熱器用于易然、易爆、腐蝕性強的流體換熱場合具有很高的可靠性。

　　2、熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動，可以比較容易的實現冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動，由于管外流動的換熱系數遠高于管內流動的換熱系數，用于品位較低的熱能回收場合非常經濟。

　　3、對于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結構的變化、擴展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。

　　4、熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時，可以通過調整蒸發段、冷凝段的傳熱面積來調整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開*大的腐蝕區域。

　　套管式換熱器

　　冷、熱流體分別在內管和套管中流動并換熱。

　　優點：

　　這種換熱器具有若干突出的優點，所以至今仍被廣泛用于石油化工等工業部門。

　　①結構簡單，傳熱面積增減自如。因為它由標準構件組合而成，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，增大兩側流體的傳熱 系數，因此它的傳熱效果好。液-液換熱時，傳熱系數為 870～1750W/（m2·℃）。這一點特別適合于高壓、小流量、 低傳熱系數流體的換熱。套管式換熱器的缺點是占地面積大；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。

　　③結構簡單，工作適應范圍大，傳熱面積增減方便，兩側流體均可提高流速，使傳熱面的兩側都可以有較高的傳熱系數，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，可在內管外壁加設各種形式的翅片，并在內管中加設刮膜擾動裝置，以適應高粘度流體的換熱。

　　④可以根據安裝位置任意改變形態，利于安裝。

　　缺點：

　　①檢修、清洗和拆卸都較麻煩，在可拆連接處容易造成泄漏。

　　②生產中，有較多材料選擇受限，由于套管式換熱器大多是內管中不允許有焊接，因為焊接會造成受熱膨脹開裂，而 套管式換熱器大多數為了節省空間選擇，彎制，盤制成蛇管形態，故有較多特殊的耐腐蝕材料無法正常生產。

　　③套管換熱器國內還沒有形成統一的焊接標準，各個企業都是根據其他換熱產品經驗選擇焊接方式，所以，套管式換熱器的焊接處，出現各類問題司空見慣，需要經常注意檢查，保養。

　　具有補償圈的換熱器

　　當流體為高溫換熱時，由于殼體與管束因溫度相差太大，引起不同的熱膨脹率，補償圈就是為了消除這種熱應力。

　　浮頭式換熱器

　　兩端的管板，有一段不與殼體相連，可以在管長方向自由浮動，當殼體與管束因溫度不同而引起不同的熱膨脹時，可 以消除熱應力。

　　優點：

　　1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；

　　2）介質間溫差不受限制；

　　3）可在高溫、高壓下工作；

　　4）可用于結垢比較嚴重的場合；

　　5）可用于管程易腐蝕場合。

　　缺點：

　　1）小浮頭易發生內漏；

　　2）金屬材料耗量大，成本高20%；

　　3）結構復雜。

　　夾套式換熱器

　　夾套式換熱器是間壁式換熱器的一種，在容器外壁安裝夾套制成。

　　性能特點：

　　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他增加湍動的措施，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。

　　板翅式換熱器

　　由隔板、肋片和側條組成單元體，多個單元體經逆流或錯流組裝為組裝件，再將帶有集流出口的集流箱焊接到組裝件上。由于材料輕薄，換熱面積與換熱器體積之比可達4000㎡/m3。

　　性能特點：

　　1）傳熱效率高，由于肋片對流體的擾動使邊界層不斷破裂，因而具有較大的換熱系數；同時由于隔板、肋片很薄，具有高導熱性，所以使得板肋式換熱器可以達到很高的效率。

　　2）緊湊，由于板肋式換熱器具有擴展的二次表面，使得它的比表面積可達到1000㎡/m3。

　　3）輕巧，原因為緊湊且多為鋁合金制造，現在鋼制，銅制，復合材料等的也已經批量生產 。

　　4）適應性強，板肋式換熱器可適用于：氣－氣、氣－液、液－液、各種流體之間的換熱以及發生集態變化的相變換 熱。通過流道的布置和組合能夠適應：逆流、錯流、多股流、多程流等不同的換熱工況。通過單元間串聯、并聯、串并聯的組合可以滿足大型設備的換熱需要。工業上可以定型、批量生產以降低成本，通過積木式組合擴大互換性。

　　5）制造工藝要求嚴格，工藝過程復雜。

　　6）容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修很困難，故只能用于換熱介質干凈、無腐蝕、不易結垢、不易沉積、不易堵塞的 場合。

　　渦流熱膜換熱器

　　流熱膜換熱器體積只有傳統管殼式換熱器的1/5，采用全不銹鋼焊接結構。既具有釬焊板式換熱器體積小、耐高溫的優 勢，又克服了框架板式換熱器膠條老化、維護費用高的缺陷，它采用經納米技術處理的不銹鋼渦流管作為換熱元件， 極大提高了換熱器的整體性能。

　　性能特點：

　　1）高效節能，該換熱器傳熱系數為6000~8000W/（㎡·℃）；

　　2）全不銹鋼制作，使用壽命長，可達20a以上,十年內出現換熱器質量問題免費更換；

　　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）結構緊湊，占地面積小，重量輕，安裝方便，節約土建投資；

　　6）設計靈活，規格齊全，實用針對性強，節約資金；

　　7）應用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質熱交換；

　　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，顯著增大傳熱系數；

　　10）應用領域廣闊，可廣泛用于熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫藥、能源電子、機械輕工等領域。

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