1、換熱器的工業背景換熱器的工業背景 在工業生產中，為了實現物料之間熱量傳遞過程的一種設備，統稱為換熱器。換熱器作為工藝過程中必不可少的單元設備，廣泛地應用于石油、化工、動力、機械、冶金等工程領域中。據統計，在化工廠的建設中，換熱器約占總投資的1020。在現代石油化工企業中換熱器投資約占建設總投資的 30% 40%。由此可見，換熱器對整個企業的建設投資及經濟效益有著很重要的影響。返回換熱器換熱器板板式式管管式式管管殼殼式式板板片片式式螺螺旋旋板板式式板板翅翅式式套套管管式式盤盤管管式式排排管管式式固固定定管管板板式式填填料料函函式式U U型型管管式式浮浮頭頭式式換換 熱熱 器器 分分 類類換熱器的

2、結構和特點換熱器的結構和特點 列管式換熱器 浮頭式換熱器 填料函式換熱器 U形管換熱器 板式換熱器 螺旋板式換熱器 板翅式換熱器 沉浸式蛇管換熱器 噴淋式蛇管換熱器 熱管式換熱器 套管式換熱器固定管板換熱器的兩端管板，采用焊接方法與殼體連接固定。其結構簡單，制造成本低，能得到最小的殼體內徑，管程可分成多樣，規格范圍廣，故在工程中廣泛應用。缺點是殼程不能清洗，檢查困難，對于較臟或有腐蝕性的介質不能采用。它宜用于殼體與管子溫差小，殼程壓力不高以及殼程結垢不嚴重或能用化學清洗的場合。在熱膨脹之差較大時，可在殼體上設置膨脹節，以減少因溫差產生的熱應力。帶膨脹節的列管換熱器浮頭式換熱器一端管板與殼體固定

3、，而另一端的管板可以在殼體內自由浮動。殼體和管子對熱膨脹是自由的，當兩種介質的溫差較大時，管束與殼體之間不產生溫差應力。浮頭端設計成可拆結構，使管束可以容易地插入或抽出，這樣為檢修、清洗提供了方便。但結構較復雜，而且浮頭端小蓋在操作時無法知道泄漏情況，所以在安裝時要特別注意其密封。填料函式換熱器的結構特點與浮頭式換熱器相類似，浮頭部分露在殼體以外，在浮頭與殼體的滑動接觸面處采用填料函式密封結構。由于采用填料函式密封結構，使得管束在殼體軸向可以自由伸縮，不會產生殼壁與管壁熱變形差而引起的熱應力。其結構較浮頭式換熱器簡單，加工制造方便，節省材料，造價比較低廉，且管束從殼體內可以抽出，管內、管間都能

4、進行清洗，維修方便。 因填料處易產生泄漏，填料函式換熱器一般適用于4MPa以下的工作條件，且不適用于易揮發、易燃、易爆、有毒及貴重介質，使用溫度也受填料的物性限制。填料函式換熱器現在已很少采用U形管換熱器是將管子彎成U形，管子兩端固定在同一塊管板上。由于殼體與管子分開，可以不考慮熱膨脹。因U形管式換熱器僅有一塊管板，且無浮頭，所以結構簡單，造價比其他換熱器便宜，管束可以從殼體內抽出管外便于清洗，但管內清洗比較困難，所以管內的介質必須清潔或不易結垢的物料。缺點：由于管束中心部分存在空隙，所以流體易走短路，影響傳熱效果。U形管的彎管部分曲率不同，管子長度不一，因而物料分布不如固定管板式換熱器均勻。

5、U形管式換熱器一般用于高溫高壓的情況下，當使用在壓力較高的環境時，彎管段的壁厚要加厚，彌補彎管后管壁的減薄。板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片，按一定的間隔，通過橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設備。板片組裝時，兩組交替排列，板與板之間用粘結劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網形流道，換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在低流速成下形成湍流，以達到強化傳熱的效果。板上的四個角孔，形成了流體的分配管和泄集管，兩種換熱介質分別流入各自流道，形成逆流或并流通過每個板片進行熱量的交換。板式換熱器的特點：（1）體積小，占地面積少；（2）傳熱效率高；（

6、3）組裝靈活；（4）金屬消耗量低；（5）熱損失小；（6）拆卸、清洗、檢修方便；（7）板式換熱器缺點是密封周邊較長，容易泄漏，使用溫度只能低于150oC，承受壓差較小，處理量較小，一旦發現板片結垢必須拆開清洗 板式換熱器板式換熱器螺旋板式換熱器特點：（一）.體積小、效率高、制造簡單、成本較低。能進行低溫差熱交換，在所有換熱器中所允許的最小溫差為最低，在兩流體溫差為3度情況下仍可以進行交換。因此世界各國都利用這種換熱器來回收低溫熱能。（二）.不易堵塞:1.由于介質走的是單一通道，所以它的允許速度比其他類型換熱器高，污垢不易沉積。2.如果通道內某處沉積了污垢，此處截面積就會減小，在一定流量下，截面積

7、減小，局部的流速相應提高，對污垢區域起沖刷作用。而在管殼式換熱器中，如果一根管子有污垢沉積，局部阻力增大，流量受到限制，流速降低，介質就向其他換熱管分配，使沉積了污垢的管子流速越來越低，越易沉積，最后堵死。螺旋管板式換熱器的污垢速度是管殼式換熱器的十分之一。螺旋板換熱器一般不易泄漏，但由于結構特點，一旦產生泄漏不易修理，只能整臺報廢。板翅式換熱器是一種新型緊湊式換熱器。國外從四十年代就開始研制，最初英國將其用作航空發動機的散熱器。之后，美、日、德、法、英、蘇聯等主要工業國家都對板翅式換熱器作了大量研究工作。我國是從六十年代初期開始試制的。目前，我國已能生產多種規格的板翅式換熱器，可滿足對流、錯

8、流、逆流、錯逆流和多股流換熱，可進行氣液、氣氣、液液間的冷卻、冷凝和蒸發等換熱過程，廣泛應用與空分、石油化工、航空、車輛和船舶等方面。特點：1、傳熱效率高 2、結構緊湊、質量輕，對于鋁制板翅式換熱器而言，單位體積的傳熱面積為15002500m2/m3，相當于管殼式換熱器的820倍，重量僅為相同換熱面積的管殼式換熱器的1/10。3、適應范圍廣，4、制造工藝復雜，要求嚴格 5、容易堵塞，清洗和檢修較困難，若因腐蝕產生內漏，則很難修理。沉浸蛇管換熱器式將蛇管浸在有液體的容器內。當蛇管內通入液體時，為使整個管中經常充滿液體，液體應從蛇管的下端送入，上端流出。當蛇管內通入蒸汽時，為了避免因管內積存冷液而

9、產生水擊與阻塞，蒸汽應從上部進入，冷凝液從下端排出。沉浸蛇管換熱器通常用于對管內流體的冷卻、冷凝或者是用于使管外流體加熱、冷卻和蒸發等。優點：結構簡單，造價低，操作管理方便，蛇管內可承受高壓，還可用在傳熱面積不大的反應釜內作換熱構件。缺點：通常容器內的流體流速很低，故管外給熱系數小，加之容器內各處溫度大致接近，因而平均溫差不大，所以換熱效果差，設備笨重，不適于作為需要換熱面積很大的換熱設備。噴淋式蛇管換熱器，它的傳熱面是由一系列水平放置，上下排列在同一垂直面上的直管及連接這些直管的U彎頭所組成，并固定在鋼架上。在最上面的管子上方，裝有使冷卻水均勻噴淋的裝置。在換熱器的最下邊設有用水泥或鋼板做成

10、的水槽，以收集與排放流下來的冷卻水。操作時，熱流體在管內流動。為了防止傳熱管外表面結水垢，降低傳熱效果，應使冷卻水的最終溫度不得大于4050度。與沉浸式蛇管換熱器相比，除了具有結構簡單，制作費用低、能承受高壓，可用任何材料制造等優點外，噴淋式較沉浸式易于檢查、清洗和檢修，如管子是用法蘭連接時，更為方便。缺點時占地面積大，操作時設備周圍環境衛生較差。所以在場地充足，不怕水滴飛濺時，可廣泛地用作為冷卻器。套管式換熱器是將傳熱管（內管）以同心圓狀插入外管中，它的傳熱面積是由成組排列的管子所組成，從上到下、從左至右由許多U形彎頭連接在一起，然后采用角鋼或槽鋼焊成支架，組裝而成。套管式換熱器一般適用于傳熱面積較小的場合，它比同樣傳熱面積的管殼式換熱器所需的空間容積要大，但其結構簡單，制造方便等優點而廣泛的用作冷卻裝置。熱管是一種新型、高效的導熱元件，其導熱系數非常大，是金屬良導體（Ag、Cu、Al）的103104倍，有超導熱體或亞超導熱體之稱。熱管的應用范圍很廣，從-200度到2000度都有相應的熱管可以選用。熱管的基本結構和工作原理都很簡單，在一密閉的高度真空的管子中（通常為金屬管），靠近管子內壁，貼裝以某種毛細結構（稱為吸液芯），再裝入某種工作物質（簡稱工質），即成熱管。工作時，管的一端從熱源吸熱