發(fā)表時間： 2023-11-20 12:06:56
作者： 石油化工設備維護與檢修網(wǎng)
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換熱器（heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，其在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應用廣泛。
（示意圖，不對應文中任何具體產(chǎn)品）
換熱器分類
隨著節(jié)能技術的飛速發(fā)展，換熱器的種類越來越多，適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度以及不同壓力的換熱器其結(jié)構(gòu)和型式亦不相同，換熱器種類隨新型、高效換熱器的開發(fā)不斷更新，具體分類如下：
一、按傳熱方式的不同分類：
1、混合式換熱器
這類換熱器的主要工作原理是兩種介質(zhì)經(jīng)接觸而相互傳遞熱量，實現(xiàn)傳熱，接觸面積直接影響到傳熱量，這類換熱器的介質(zhì)通常一種是氣體，另一種為液體，主要是以涼水塔設備為主體的傳熱設備，但通常又涉及傳質(zhì)，故很難區(qū)分與塔器的關系，通常歸口為塔式設備，化工廠和發(fā)電廠用涼水塔為最典型的混合式換熱器。
2、蓄能式換熱器（簡稱蓄能器）
這種換熱器的原理是熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，冷熱交替使之到達傳熱量的目的。主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。
3、間壁式換熱器
這類換熱器原理是冷、熱兩種介質(zhì)被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的，這類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，其他型式。
二、按傳熱種類分類
1、無相變傳熱：一般分為加熱器和冷卻器。
2、有相變傳熱：一般分為冷凝器和重沸器。重沸器又分為釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽發(fā)生器、廢熱鍋爐。
三、按傳熱元件的不同分類
1、管式傳熱元件
有浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函式換熱器、U型管式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、多套管換熱器、外導流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動管板式換熱器等
2、板式傳熱元件
有螺旋板換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器、板式蒸發(fā)器、板式冷凝器、印刷電路板板換熱器等等。
各種換熱器介紹
換熱器行業(yè)涉及暖通、壓力容器、中水處理設備等近30多種產(chǎn)業(yè)，相互形成產(chǎn)業(yè)鏈條。下面為大家詳細介紹各種換熱器。
一、夾套換熱器
結(jié)構(gòu)：夾套式換熱器主要用于反應過程的加熱或冷卻，是在容器外壁安裝夾套制成。
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，結(jié)構(gòu)簡單；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它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。
夾套式換熱器主要用于反應器中，裝在反應器外部形成一個封閉的夾層，使流體進入夾層內(nèi)，通過器壁與反應器內(nèi)物料進行熱交換。夾套式換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單，能在物料反應的同時進行換熱，省去了另設換熱設備的麻煩。夾套式換熱器缺點是由于夾套的傳熱面不大，夾套間隙比較狹窄，流體流動速度不大，傳熱系數(shù)不高。夾套式換熱器主要應用于用蒸氣加熱或用冷水冷卻控制反應器內(nèi)反應溫度和壓力的場合。因夾套內(nèi)無法清洗，故不適于容易生垢和帶有污物的介質(zhì)進入夾套。
夾套式換熱器在容器外壁安裝夾套制成結(jié)構(gòu)簡樸;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它增加湍動的措施以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補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過程的加熱和冷卻。
應該注意帶夾套換熱的反應器，它的外筒受夾套內(nèi)介質(zhì)壓力的作用，屬于內(nèi)壓容器；而內(nèi)筒則屬于外壓容器，所以在生產(chǎn)過程中一定要控制夾套介質(zhì)的壓力，如超過允許壓力值，很可能使反應器內(nèi)筒失穩(wěn)而被壓癟，造成設備損壞。
二、蛇管換熱器
蛇管式換熱器傳熱元件材質(zhì)區(qū)分為金屬與非金屬兩大類。近年來,蛇管式金屬換熱器在世界上發(fā)展迅速,已成為熱交換裝置的主要形式.非金屬蛇管換熱器具有高潔凈率換熱材質(zhì)，耐蝕性冠于多種合金，例如鄭州工業(yè)大學非金屬蛇管聚四氟乙烯換熱制造工藝的研究，促使蛇管換熱器在石油化工、硫酸、醫(yī)藥、電鍍、輕工等領域逐步得到廣泛的應用。
1、沉浸式蛇管換熱器
結(jié)構(gòu)：這種換熱器多以金屬管子繞成，或制成各種與容器相適應的情況，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。
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。這是一種古老的換熱設備。它結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、清洗和維修方便，價格低廉，又特別適用于高壓流體的冷卻、冷凝，所以現(xiàn)代仍得到廣泛應用。但蛇管式換熱器的體積大、笨重；單位傳熱面積金屬耗量多，傳熱效能低。
優(yōu)點：
結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。
缺點：
由于容器體積比管子的體積大得多,因此管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。
2、噴淋式換熱器
結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來，沿管表面流下來，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進行換熱。在下流過程中，冷卻水可收集再進行重新分配。
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好。
缺點：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。
應用：用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。
三、套管式換熱器
結(jié)構(gòu)：由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱要求，將幾段套管用U形管連接，目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或并流。
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，能耐高壓，傳熱系數(shù)較大，能保持完全逆流使平均對數(shù)溫差最大，可增減管段數(shù)量應用方便。
缺點：結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬消耗量大，接頭多而易漏，占地較大。
用途：廣泛用于超高壓生產(chǎn)過程，可用于流量不大，所需傳熱面積不多的場合。
四、列管式換熱器
列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導作用。
優(yōu)點：單位體積設備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。
結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。
折流擋板：為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。
a.圓缺形
b.圓盤形
常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。
根據(jù)所采取的溫差補償措施，列管式換熱器可分為以下幾個型式。
1）固定管板式
殼體與傳熱管壁溫度之差大于50°C，加補償圈，也稱膨脹節(jié)，當殼體和管束之間有溫差時，依靠補償圈的彈性變形來適應它們之間的不同的熱膨脹。
特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。
（2）浮頭式
兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長方向浮動。當殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應力。
特點：結(jié)構(gòu)較為復雜，成本高，消除了溫差應力，是應用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。
（3）U型管式
兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長方向浮動。當殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應力。
特點：結(jié)構(gòu)較為復雜，成本高，消除了溫差應力，是應用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。
五、新型高效換熱器
1、螺旋板式換熱器
結(jié)構(gòu)：螺旋板式換熱器由兩塊金屬薄板
焊接在一塊分隔板上并卷制成螺旋狀而構(gòu)成的。換熱時，冷、熱流體分別進入兩條通道，在器內(nèi)作嚴格的逆流流動。
2、板式換熱器
構(gòu)緊湊，占用空間小，很小的空間即可提供較大的換熱面積，不需另外的拆裝空間；相同使用環(huán)境下，其占地面積和重量是其他類型換熱器的1/3～1/5。
3、板翅式換熱器
在兩塊平行金屬板之間夾入波紋狀金屬翅片，兩邊以側(cè)條密封，組成一個單元體；
將各單元體進行不同的疊集和適當?shù)嘏帕校儆免F焊予以固定，形成逆流、并流和錯流的板翅式換熱器組裝件(芯部或板束)；將帶有進、出口的集流箱焊接到板束上。
特點：傳熱效果更好、結(jié)構(gòu)更為緊湊。
4、熱管式換熱器
結(jié)構(gòu)及工作原理：
將一根金屬管的兩端密封，抽出不凝性氣體，充以一定量的某種工作液體而成。當熱管的一端被加熱時，工作液體受熱沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽流至冷卻端冷凝放出冷凝4潛熱，冷凝液沿著具有毛細結(jié)構(gòu)的吸液芯在毛細管力的作用下回流至加熱段再次沸騰汽化，工作介質(zhì)如此反復循環(huán)，熱量則由熱管的軸向由加熱端傳至冷卻端。
換熱器的種類繁多，各種換熱器各自使用與某一種工況，為此應根據(jù)介質(zhì)、溫度、壓力、使用場合不同選擇不同種類的換熱器，揚長避短，使之帶來更大的經(jīng)濟效益。
