換熱器分類(lèi)

　　根據(jù)換熱器的傳熱方式可以分為以下三類(lèi)：

　　一、直接接觸式換熱器

　　這類(lèi)換熱器的主要工作原理為兩種介質(zhì)經(jīng)接觸而相互傳遞熱量，實(shí)現(xiàn)傳熱，接觸面積直接影響到傳熱量，這類(lèi)換熱器的介質(zhì)通常一種是氣體，另一種為液體。

　　二、蓄能式換熱器

　　簡(jiǎn)稱蓄能器，這種換熱器的原理是熱介質(zhì)先通過(guò)加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過(guò)固體物質(zhì)被加熱，冷熱交替使之達(dá)到傳遞熱量的目的。主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。

　　三、間壁式換熱器

　　這類(lèi)換熱器是冷、熱兩種介質(zhì)被固體間壁隔開(kāi)，并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換。這類(lèi)換熱器的用量非常大，占總量的99%。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板式等。

　　管式換熱器一、管殼式換熱器管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用*廣泛的類(lèi)型。

　　1、固定管板式換熱器

　　固定管板式的兩端管板和殼體制成一體。因此它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是殼程清洗和檢修困難。在殼層里的流體，必須是潔凈且不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫差較大時(shí)，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形，以適應(yīng)外殼和管束不同的熱膨脹程度。這種補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單，但不宜應(yīng)用于兩流體溫差過(guò)大（不能大于70℃）和殼程流體壓強(qiáng)過(guò)高的場(chǎng)合。

　　優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。在相同的殼體直徑內(nèi)，排管數(shù)*多，旁路*少。每根換熱管都可以進(jìn)行更換，且管內(nèi)清洗方便。

　　缺點(diǎn)殼程不能進(jìn)行機(jī)械清洗。當(dāng)換熱管與殼體的溫差較大（大于50℃）時(shí)產(chǎn)生溫差應(yīng)力，需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，因而殼程壓力受膨脹節(jié)強(qiáng)度的限制不能太高。固定管板式換熱器適用于殼方流體清潔且不易結(jié)垢，兩流體溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的場(chǎng)合。

　　2、浮頭式換熱器

　　浮頭換熱器有一端管板不與外殼連為一體，可以沿軸向自由浮動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力的影響，且由于固定端的管板以法蘭與殼體連接，整個(gè)管束可以從殼體中抽出，因此便于清洗和檢修。故浮頭式換熱器應(yīng)用比較普遍，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。

　　優(yōu)點(diǎn)當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。管束可從殼體內(nèi)抽出，便于管內(nèi)和管間的清洗。

　　缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高。浮頭蓋與浮動(dòng)管板之間若密封不嚴(yán)，發(fā)生內(nèi)漏，造成兩種介質(zhì)的混合。

　　3、U形管式換熱器

　　U 形管式換熱器是**適用于高溫、高壓和高溫差的換熱器。每根管子都彎成U形，進(jìn)出口分別安裝在同一管板的兩側(cè)，封頭用隔板分成兩室。這樣，每根管子可以自由伸縮，而與其他管子和殼體均無(wú)關(guān)。這種換熱器結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，重量輕，但管程不易清洗，只適用與潔凈而不易結(jié)垢的流體，比如高壓氣體的換熱。

　　優(yōu)點(diǎn)U 形換熱管的管束可以自由浮動(dòng)，無(wú)需考慮溫差應(yīng)力，可用于大溫差場(chǎng)合。只有一塊管板，法蘭數(shù)量少，泄漏點(diǎn)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。運(yùn)行可靠，造價(jià)低。管束可以抽出，管間清洗方便。

　　缺點(diǎn)管內(nèi)清洗比較困難。由于管子需要有一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低。管束*內(nèi)層管間距大，殼程易短路。當(dāng)管內(nèi)流速太高時(shí)，將會(huì)對(duì)U 形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕，影響壽命。內(nèi)層管子壞了只能堵塞而不能更換，因而報(bào)廢率較高。

　　4、填料函式浮頭換熱器

　　是浮頭式換熱器的一種改型結(jié)構(gòu)，它把原置于殼程內(nèi)部的浮頭移至體外，用填料函來(lái)避免殼程內(nèi)介質(zhì)的外泄。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。

　　優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，金屬耗量較浮頭低10% 左右，造價(jià)低。管束可從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。

　　缺點(diǎn)填料函耐壓不高，一般小于4.0 MPa。殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外漏，對(duì)易燃、易爆、有毒和貴重的介質(zhì)不適用。填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結(jié)垢，需經(jīng)常清理且壓力不高的場(chǎng)合。

　　二、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。

　　優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造。

　　缺點(diǎn)容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外傳熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。

　　三、噴淋式換熱器

　　將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，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(dòng)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(dòng)力的作用。因此，和沉浸式相比，淋式換熱器的傳熱效果大有改善。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜。能耐高壓。便于檢修、清洗，水質(zhì)要求低。

　　缺點(diǎn)冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果。只能安裝在室外。

　　四、套管式換熱器

　　以同心套管中的內(nèi)管作為傳熱元件的換熱器。兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管，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。熱量通過(guò)內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。通常，熱流體（A流體）由上部引入，而冷流體（B流體）則由下部引入。套管中外管的兩端與內(nèi)管用焊接或法蘭連接。內(nèi)管與U形肘管多用法蘭連接，便于傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長(zhǎng)度取4～7 m。這種換熱器傳熱面積*高達(dá)18 m2，故適用于小容量換熱。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓。傳熱面積可根據(jù)需要增減，應(yīng)用方便。

　　缺點(diǎn)管間接頭多，易泄漏。占地面積較大，單位傳熱面消耗金屬量大。

　　五、肋片管式換熱器

　　肋片管換熱器的結(jié)構(gòu)與一般管殼式換熱器基本相同，只是用肋片管代替了光管作為傳熱面。肋片管是一種帶肋的壁面，對(duì)擴(kuò)展換熱面積和促進(jìn)湍流有顯著的作用。由于傳熱加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，可做成緊湊式換熱器。肋片管換熱器也經(jīng)常用于加熱或冷卻管外氣體，而在管內(nèi)通以蒸汽或水，例如空冷器、鍋爐省煤器等。優(yōu)點(diǎn)與光管相比，傳熱面增大，傳熱能力增強(qiáng)。同樣熱負(fù)荷下，比光管的管子少，因此結(jié)構(gòu)更緊湊?？舍槍?duì)傳熱和工藝靈活選擇材料，做成鑲嵌或焊接肋片管。

　　缺點(diǎn)造價(jià)高。流阻大，動(dòng)力消耗大。

　　板式換熱器一、夾套換熱器

　　在容器外壁安裝夾套制成，夾套與容器之間形成的空間作為加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的通路。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)且使容器內(nèi)液體受熱均勻，可在容器內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其他增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的傳熱系數(shù)。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。加工方便。

　　缺點(diǎn)傳熱面積小，傳熱效率低。

　　二、螺旋板式換熱器

　　螺旋板換熱器是由兩張平行的金屬板卷制而成，在其內(nèi)部形成兩個(gè)同心的螺旋形通道。換熱器中央設(shè)置隔板，將螺旋形通道隔開(kāi)，兩板之間焊有定距柱以維持通道間距。在螺旋板兩側(cè)焊有蓋板。冷熱流體分別通過(guò)兩條通道在器內(nèi)逆流流動(dòng)，通過(guò)薄板進(jìn)行換熱。

　　優(yōu)點(diǎn)傳熱系數(shù)高。不易結(jié)垢和堵塞。能利用溫度較低的熱源。結(jié)構(gòu)緊湊。

　　缺點(diǎn)操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高。不易檢修。

　　三、平板式換熱器

　　簡(jiǎn)稱板式換熱器，由一組長(zhǎng)方形的薄金屬板平行排列，加緊組裝于支架之上而構(gòu)成。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片，壓緊后板間形成密封的流體通道，且可用墊片的厚度調(diào)節(jié)通道的大小。

　　優(yōu)點(diǎn)傳熱系數(shù)高。結(jié)構(gòu)緊湊。具有可拆結(jié)構(gòu)。

　　缺點(diǎn)允許的操作壓強(qiáng)和溫度比較低。通流面積小，流速又不大，處理量較小。

　　四、板肋式換熱器是一種更為高效、緊湊、輕巧的換熱器。過(guò)去由于制造成本較高，僅用于宇航、電子、原子能等少數(shù)部門(mén)。現(xiàn)已逐漸用于石油化工及其他工業(yè)部門(mén)。板肋式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多，但基本元件相同，即在兩塊平行的薄金屬板之間，加入波紋狀或其他形狀的金屬肋片，將兩側(cè)面封死，即成為一個(gè)換熱基本元件。優(yōu)點(diǎn)傳熱效率高，溫度控制性好。肋片很薄，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。肋片兼具傳熱面和支撐作用，強(qiáng)度高。

　　缺點(diǎn)流道狹小，容易堵塞，且清理困難。隔板和肋片很薄，要求介質(zhì)對(duì)鋁不會(huì)腐蝕，若腐蝕，造成內(nèi)部串漏，很難修補(bǔ)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給設(shè)計(jì)增加了難度。

　　熱管換熱器

　　熱管是由一根抽除不凝性氣體的密封金屬管內(nèi)充以一定量的某種工作液體而成。工作液體在熱端吸收熱量而沸騰氣化，產(chǎn)生的蒸氣流至冷端冷凝放出潛熱，冷凝液回至熱端，再次沸騰氣化。如此反復(fù)循環(huán)，熱量不斷從熱端傳至冷端。熱管傳熱通過(guò)沸騰氣化、蒸氣流動(dòng)和蒸氣冷凝三步進(jìn)行，由于沸騰和冷凝的對(duì)流傳熱強(qiáng)度很大，兩端管表面比管截面大很多，而蒸氣流動(dòng)阻力損失又較小，因此熱管兩端溫差可以很小。由于其導(dǎo)熱能力好，非常適用于低溫差傳熱以及某些等溫性要求高的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，工作可靠。具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性。冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度。

　　缺點(diǎn)抗氧化、耐高溫性能較差。

　　轉(zhuǎn)摘自化工E課堂

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