換熱器的定義

換熱器是将熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，即在一個大的密閉容器内裝上水或其他介質，而在容器内有管道穿過。讓熱水從管道内流過。

由于管道内熱水和容器内冷熱水的溫度差，會形成熱交換，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，這樣就把管道裡水的熱量交換給了容器内的冷水，換熱器又稱熱交換器。

換熱器的分類與結構

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、蒸氣發生器、廢熱(或餘熱)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行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻，隻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、循環水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生 産部門。

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行蓄熱式換熱的設備。内裝固體填充物，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。

第一階段，熱氣體通過火格子，将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，如煉鋼平爐的蓄熱室。

也用于化學工業，如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室，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，以便倆種流體不相混合而進行熱量傳遞。

在化工生産中冷熱流體經常不能直接接觸，故而間壁式換熱器是最常用的一種換熱器。

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内液體受熱均勻，可在釜内安裝攪拌器。

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闆或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側的給熱系數。

為補充傳熱面的不足，也可在釜内部安裝蛇管。

夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。

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适應的形狀，并沉浸在容器内的液體中。

其優點是：結構簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造。

缺點：容器内液體湍動程度低，管外給熱系數小。

噴淋式蛇管換熱器如圖所示

将換熱管成排地固定在鋼架上。

熱流體在管内流動，冷卻水在裝置上方均勻淋下。

優點：熱流體在管内流動，冷卻水在裝置上方均勻淋下。傳熱系數大，故噴淋式換熱器傳熱效果優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境，使用起來不方便。

c) 套管式換熱器

（如圖所示）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。

因為管内管外流體流速較大。 冷、熱流體可以作純逆流，故而其傳熱系數大，傳熱效果好。常用的水伴熱就是一種簡易的套管式換熱器。

d) 管殼式換熱器

管殼式(又稱列管式) 換熱器是最典型的間壁式換熱器,它在工業上的應用有着悠久的曆史,而且至今仍在所有換熱器中占據主導地位。

管殼式換熱器主要有殼體、管束、管闆和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,内部裝有平行管束,管束兩端固定于管闆上。

在管殼換熱器内進行換熱的兩種流體,一種在管内流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,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,通常在殼體内安裝一定數量的橫向折流檔闆。

折流檔闆不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加。常用的檔闆有圓缺形和圓盤形兩種（如下圖所示）,前者應用更為廣泛。

流體在管内每通過管束一次稱為一個管程,每通過殼體一次稱為一個殼程。

為提高管内流體的速度,可在兩端封頭内設置适當隔闆,将全部管子平均分隔成若幹組。

這樣,流體可每次隻通過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,可在殼體内安裝縱向檔闆使流體多次通過殼體空間,稱多殼程。

在管殼式換熱器内,由于管内外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大, 換熱器内部将出現很大的熱應力,可能使管子彎曲,斷裂或從管闆上松脫。

因此,當管束和殼體溫度差超過50℃時,應采取适當 的溫差補償措施,消除或減小熱應力。

補償方法：

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。

➪ 固定管闆式換熱器

當冷熱流體溫差不大時，可采用固定管闆式換熱器。

它結構簡單成本低，但清洗困難，不适用于易結垢的流體和溫差較大的流體。

如果溫差不是很大，可采用帶有補償圈的固定管闆式換熱器。

下圖為帶有補償圈的固定管闆式換熱器。

➪ 浮頭式換熱器

如上圖所示為浮頭式換熱器，它兩端的管闆一端可沿軸向自由浮動，從而消除熱應力。

而且整個管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修。

但是結構複雜，造價較高。工業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，進出口分别安裝在同一管闆的兩側，封頭以隔闆分成兩室。每根管可自由伸縮，與外殼無關。

從而消除熱應力，其結構比浮頭式換熱器簡單。

但管程不易清洗，使用有很大的局限性隻适用于潔淨流體。

e) 闆式換熱器

闆式換熱器是由一組長方形的薄金屬傳熱闆片構成，用框架将闆片夾緊組裝于支架上。

兩個相鄰闆片的邊緣襯以墊片(各種橡膠或壓縮石棉等制成)壓緊，闆片四角有圓孔，形成流體的通道。

闆式換熱器和管殼式換熱器的區别：

a.傳熱系數高

由于不同的波紋闆相互倒置，構成複雜的流道，使流體在波紋闆間流道内呈旋轉三維流動，能在較低的雷諾數（一般Re=50~200）下産生紊流，所以傳熱系數高，一般認為是管殼式的3~5倍。

b.對數平均溫差大，末端溫差小

在管殼式換熱器中，兩種流體分别在管程和殼程内流動，總體上是錯流流動，對數平均溫差修正系數小，而闆式換熱器多是并流或逆流流動方式，其修正系數也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在闆式換熱器内的流動平行于換熱面、無旁流，因此使得闆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.占地面積小

闆式換熱器結構緊湊，單位體積内的換熱面積為管殼式的2~5倍，也不像管殼式那樣要預留抽出管束的檢修場所，因此實現同樣的換熱量，闆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

隻要增加或減少幾張闆，即可達到增加或減少換熱面積的目的；改變闆片排列或更換幾張闆片，即可達到所要求的流程組合，适應新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加

e.重量輕

闆式換熱器的闆片厚度僅為0.4~0.8mm，而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.0~2.5mm，管殼式的殼體比闆式換熱器的框架重得多，闆式換熱器一般隻有管殼式重量的1/5左右。

f.價格低

采用相同材料，在相同換熱面積下，闆式換熱器價格比管殼式約低40%~60%。

g. 制作方便

闆式換熱器的傳熱闆是采用沖壓加工，标準化程度高，并可大批生産，管殼式換熱器一般采用手工制作。

h. 容易清洗

框架式闆式換熱器隻要松動壓緊螺栓，即可松開闆束，卸下闆片進行機械清洗，這對需要經常清洗設備的換熱過程十分方便。

i. 熱損失小

闆式換熱器隻有傳熱闆的外殼闆暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計，也不需要保溫措施。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，因此比傳統的光滑管的壓力損失大。

k. 不易結垢

由于内部充分湍動，所以不易結垢，其結垢系數僅為管殼式換熱器的1/3~1/10.k.工作壓力不宜過大，介質溫度不宜過高，有可能洩露闆式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過2.5MPa，介質溫度應在低于250℃以下，否則有可能洩露。

l.易堵塞

由于闆片間通道很窄，一般隻有2~5mm，當換熱介質含有較大顆粒或纖維物質時，容易堵塞闆間通道。

換熱器型号的識别

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