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(shè)備，即在一個(gè)大的密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容器內(nèi)有管道穿過(guò)。讓熱水從管道內(nèi)流過(guò)。

　　由于管道內(nèi)熱水和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會(huì)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(nèi)的冷水，換熱器又稱熱交換器。

　　換熱器的分類與結(jié)構(gòu)

　　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(fā)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(jìn)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(chǎng)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(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生 產(chǎn)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(jìn)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(shí)用金屬波形帶等）。

　　換熱分兩個(gè)階段進(jìn)行。

　　**階段，熱氣體通過(guò)火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來(lái)。

　　第二階段，冷氣體通過(guò)火格子，接受火格子所儲(chǔ)蓄的熱量而被加熱。

　　這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。通常用兩個(gè)蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進(jìn)入一器時(shí)，冷氣體進(jìn)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。

　　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(kāi)，以便倆種流體不相混合而進(jìn)行熱量傳遞。

　　在化工生產(chǎn)中冷熱流體經(jīng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(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)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。

　　為補(bǔ)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(guò)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(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。

　　其優(yōu)點(diǎn)是：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，管外給熱系數(shù)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(nèi)流動(dòng)，冷卻水在裝置上方均勻淋下。

　　優(yōu)點(diǎn)：熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在裝置上方均勻淋下。傳熱系數(shù)大，故噴淋式換熱器傳熱效果優(yōu)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(huán)境，使用起來(lái)不方便。

　　c) 套管式換熱器

　?。ㄈ鐖D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?yàn)楣軆?nèi)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(shù)大，傳熱效果好。常用的水伴熱就是一種簡(jiǎn)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(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。

　　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(nèi)部裝有平行管束,管束兩端固定于管板上。

　　在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動(dòng),其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng),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(shù),通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)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(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束,使湍動(dòng)程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤(pán)形兩種（如下圖所示）,前者應(yīng)用更為廣泛。

　　流體在管內(nèi)每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程,每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。

　　為提高管內(nèi)流體的速度,可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)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(guò)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(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過(guò)殼體空間,稱多殼程。

　　在管殼式換熱器內(nèi),由于管內(nèi)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(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上松脫。

　　因此,當(dāng)管束和殼體溫度差超過(guò)50℃時(shí),應(yīng)采取適當(dāng) 的溫差補(bǔ)償措施,消除或減小熱應(yīng)力。

　　補(bǔ)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(dāng)冷熱流體溫差不大時(shí)，可采用固定管板式換熱器。

　　它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，但清洗困難，不適用于易結(jié)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(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。

　　下圖為帶有補(bǔ)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(dòng)，從而消除熱應(yīng)力。

　　而且整個(gè)管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修。

　　但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。工業(yè)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(jìn)出口分別安裝在同一管板的兩側(cè)，封頭以隔板分成兩室。每根管可自由伸縮，與外殼無(wú)關(guān)。

　　從而消除熱應(yīng)力，其結(jié)構(gòu)比浮頭式換熱器簡(jiǎn)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(zhǎng)方形的薄金屬傳熱板片構(gòu)成，用框架將板片夾緊組裝于支架上。

　　兩個(gè)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(qū)別：

　　a.傳熱系數(shù)高

　　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(dòng)，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，一般認(rèn)為是管殼式的3~5倍。

　　b.對(duì)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(dòng)，總體上是錯(cuò)流流動(dòng)，對(duì)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(dòng)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(dòng)平行于換熱面、無(wú)旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對(duì)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(jié)構(gòu)緊湊，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(chǎng)所，因此實(shí)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1/5~1/8。

　　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(dá)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(dá)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(jià)格低

　　采用相同材料，在相同換熱面積下，板式換熱器價(jià)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(biāo)準(zhǔn)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

　　框架式板式換熱器只要松動(dòng)壓緊螺栓，即可松開(kāi)板束，卸下板片進(jìn)行機(jī)械清洗，這對(duì)需要經(jīng)常清洗設(shè)備的換熱過(guò)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(jì)，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(zhǎng)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。

　　k. 不易結(jié)垢

　　由于內(nèi)部充分湍動(dòng)，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.k.工作壓力不宜過(guò)大，介質(zhì)溫度不宜過(guò)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(guò)2.5MPa，介質(zhì)溫度應(yīng)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(dāng)換熱介質(zhì)含有較大顆粒或纖維物質(zhì)時(shí)，容易堵塞板間通道。

　　換熱器型號(hào)的識(shí)別

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