换热器工作原理和特点

1、换热器工作原理和特点换热器工作原理和特点 换热管 膨 胀 节 管板 一、u型管式换热器 每根管子都弯成每根管子都弯成u形，固定在同一侧管板上，每根管可以形，固定在同一侧管板上，每根管可以 自由伸缩，也是为了消除热应力。自由伸缩，也是为了消除热应力。 此类换热器的特点是管束可以自由伸缩，不会因管壳之间此类换热器的特点是管束可以自由伸缩，不会因管壳之间 的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，流的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，流 程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可 从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造

2、价便宜。从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。 其缺点是管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，其缺点是管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换， 又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分布管又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分布管 不紧凑，所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙，不紧凑，所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙， 使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯 管后管壁的减薄，直管部分需用壁较厚的管子。这就影响管后管壁的减薄，直管部分需用壁较厚的管子。这就影响 了它的使用场合，仅宜用于

3、管壳壁温相差较大，或壳程介了它的使用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介 质易结垢而管程介质清洁及不易结垢，高温、高压、腐蚀质易结垢而管程介质清洁及不易结垢，高温、高压、腐蚀 性强的情形。性强的情形。 二、沉浸式蛇管换热器二、沉浸式蛇管换热器 沉浸式蛇管换热器以蛇形管作为传热元件的换热器，是间沉浸式蛇管换热器以蛇形管作为传热元件的换热器，是间 壁式换热器种类之一。根据管外流体冷却方式的不同，蛇壁式换热器种类之一。根据管外流体冷却方式的不同，蛇 管式换热器又分为沉浸式和喷淋式。管式换热器又分为沉浸式和喷淋式。 优点： 这是一种古老的换热设备。它结构简单，制造、安装、清这是一种古老的换热设备。

4、它结构简单，制造、安装、清 洗和维修方便，便于防腐，能承受高压，价格低廉，又特洗和维修方便，便于防腐，能承受高压，价格低廉，又特 别适用于高压流体的冷却、冷凝，所以现代仍得到广泛应别适用于高压流体的冷却、冷凝，所以现代仍得到广泛应 用。用。 缺点： 由于容器体积比管子的体积大得多、笨重、单位传热面积由于容器体积比管子的体积大得多、笨重、单位传热面积 金属耗量多，因此管外流体的表面传热系数较小。为提高金属耗量多，因此管外流体的表面传热系数较小。为提高 传热系数，容器内可安装搅拌器。传热系数，容器内可安装搅拌器。 三、列管式换热器 冷流体走管内，热流体经折流板走管外，冷、热流体通过间冷流体走管内，

5、热流体经折流板走管外，冷、热流体通过间 壁换热。壁换热。 性能特点： 列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能 机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外 壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口 接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子 和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同

6、温 度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热 膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子 从管板上松脱，甚至毁坏换热器。从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁 温度相差温度相差50以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装 置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于 6070和壳

7、程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过 0.6mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用， 就应考虑其他结构就应考虑其他结构 四、螺旋板式换热器 由两块相互平行的钢板，卷制成相互隔开的螺旋形流道。螺旋板的两端焊有由两块相互平行的钢板，卷制成相互隔开的螺旋形流道。螺旋板的两端焊有 盖板。冷热流体分别在两流道内流动。盖板。冷热流体分别在两流道内流动。 性能特点： 1、传热效率高（性能好）、传热效率高（性能好） 一般认为螺旋板式换热器的传热效率为列管式换热器的一般认为螺旋板式换热器的传热效率为列管式换

8、热器的1-3倍。等截面单通道倍。等截面单通道 不存在流动死区，定距柱及螺旋通道对流动的扰动降低了流体的临界雷诺数，不存在流动死区，定距柱及螺旋通道对流动的扰动降低了流体的临界雷诺数， 水水换热时螺旋板式换热器的传热系数最大可达水水换热时螺旋板式换热器的传热系数最大可达3000w/（.k）。）。 2、有效回收低温热能、有效回收低温热能 螺旋板式换热器由两张卷制而成，进行余热回收，充分利用低温热能。螺旋板式换热器由两张卷制而成，进行余热回收，充分利用低温热能。 3、运行可靠性强、运行可靠性强 不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采

9、用焊接密封，因而具有较高的密封 性，保证两种工作介质不混合。性，保证两种工作介质不混合。 4、阻力小、阻力小 在壳体上的接管采用切向结构。比较低的压力损失，处理大容量蒸汽或气体；在壳体上的接管采用切向结构。比较低的压力损失，处理大容量蒸汽或气体； 有自清刷能力，因其介质呈螺旋型流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸有自清刷能力，因其介质呈螺旋型流动，污垢不易沉积；清洗容易，可用蒸 汽或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许流速比汽或碱液冲洗，简单易行，适合安装清洗装置；介质走单通道，允许流速比 其他其他 换热器高。换热器高。 5、可多台组合使用、可多台组合使用 单台设备不能满足

10、使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列 规定：并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合：一个通道并规定：并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合：一个通道并 联，一个通道串联。联，一个通道串联。 五、喷淋式换热器 热流体在裸露的管中流过，冷却水喷淋流过蛇管。热流体在裸露的管中流过，冷却水喷淋流过蛇管。 性能特点： 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热 流体在管内流动流体在管内流动,冷却水冷却水 从上方喷淋装置均匀淋从上方喷淋装置均匀淋 下下,故也称喷淋式

11、冷却器故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是喷淋式换热器的管外是 一层湍动程度较高的液膜一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式管外给热系数较沉浸式 增大很多增大很多.另外另外,这种换热器大多放置在空气流通这种换热器大多放置在空气流通 之处之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降可起到降 低冷却水温度低冷却水温度,增大传热推动力的作用增大传热推动力的作用.因此因此,和沉和沉 浸式相比浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善。喷淋式换热器的传热效果大有改善。 六、热管换热器 一根密封的金属管子，管内壁覆盖一层有毛细结构材料作成的芯网，一根密封的金属管子，管内

12、壁覆盖一层有毛细结构材料作成的芯网， 其中间是空的。管内装有一定量的热载体（如液氨、氟利昂等），被其中间是空的。管内装有一定量的热载体（如液氨、氟利昂等），被 气化，流向冷端，蒸汽在冷端被冷凝，放出汽化潜热，而加热了冷流气化，流向冷端，蒸汽在冷端被冷凝，放出汽化潜热，而加热了冷流 体。冷凝液又流回热端，如此反复。体。冷凝液又流回热端，如此反复。 性能特点： 1、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过、热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过 程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本不影响换程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏时基本

13、不影响换 热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具热器运行。热管换热器用于易然、易爆、腐蚀性强的流体换热场合具 有很高的可靠性。有很高的可靠性。 2、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热、热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热 流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数流体的逆流换热。冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数 远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济。远高于管内流动的换热系数，用于品位较低的热能回收场合非常经济。 3、对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过结构的变化、扩

14、展受热、对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过结构的变化、扩展受热 面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。面等形式解决换热器的磨损和堵灰问题。 4、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时，可以通过调整蒸发段、热管换热器用于带有腐蚀性的烟气余热回收时，可以通过调整蒸发段、 冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐 蚀区域。蚀区域。 七、套管式换热器 冷、热流体分别在内管和套管中流动并换热。冷、热流体分别在内管和套管中流动并换热。 优点： 这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油化工等工业部门。这种换热

15、器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油化工等工业部门。 结构简单，传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外结构简单，传热面积增减自如。因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外 加工。加工。 传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以 提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此它的传热效果好。液提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此它的传热效果好。液-液换热液换热 时，传热系数为时，传热系数为 8701750w/（m2）。这一点特别适合于高压、小流量、）。这一点特别适合于高

16、压、小流量、 低传热系数流体的换热。套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积低传热系数流体的换热。套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积 金属耗量多，约为管壳式换热器的金属耗量多，约为管壳式换热器的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。倍；管接头多，易泄漏；流阻大。 结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使 传热面的两侧都可以有较高的传热系数，是单位传热面的金属消耗量大，为传热面的两侧都可以有较高的传热系数，是单位传热面的金属消耗量大，为 增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅

17、片，并在内增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内 管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。 可以根据安装位置任意改变形态，利于安装。可以根据安装位置任意改变形态，利于安装。 缺点： 检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。 生产中，有较多材料选择受限，由于套管式换热器大多是内管中不允许有焊接，生产中，有较多材料选择受限，由于套管式换热器大多是内管中不允许有焊接， 因为焊接会造成受热膨胀开裂，而套管式换热器大多数为了节省空间选择，因为焊接会造成受热膨胀开

18、裂，而套管式换热器大多数为了节省空间选择， 弯制，盘制成蛇管形态，故有较多特殊的耐腐蚀材料无法正常生产。弯制，盘制成蛇管形态，故有较多特殊的耐腐蚀材料无法正常生产。 套管换热器国内还没有形成统一的焊接标准，各个企业都是根据其他换热产品套管换热器国内还没有形成统一的焊接标准，各个企业都是根据其他换热产品 经验选择焊接方式，所以，套管式换热器的焊接处，出现各类问题司空见惯，经验选择焊接方式，所以，套管式换热器的焊接处，出现各类问题司空见惯， 需要经常注意检查，保养。需要经常注意检查，保养。 八、具有补偿圈的换热器 当流体为高温换热时，由于壳体与管束因当流体为高温换热时，由于壳体与管束因 温度相差太

19、大，引起不同的热膨胀率，补温度相差太大，引起不同的热膨胀率，补 偿圈就是为了消除这种热应力。偿圈就是为了消除这种热应力。 九、浮头式换热器 两端的管板，有一段不与壳体相连，可以在管长方向自由两端的管板，有一段不与壳体相连，可以在管长方向自由 浮动，当壳体与管束因温度不同而引起不同的热膨胀时，浮动，当壳体与管束因温度不同而引起不同的热膨胀时， 可可 以消除热应力。以消除热应力。 优点： （1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程；）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； （2）介质间温差不受限制；）介质间温差不受限制； （3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于

20、450度，压度，压 力小于等于力小于等于6.4兆帕；兆帕； （4）可用于结垢比较严重的场合；）可用于结垢比较严重的场合； （5）可用于管程易腐蚀场合。）可用于管程易腐蚀场合。 缺点： （1）小浮头易发生内漏；）小浮头易发生内漏； （2）金属材料耗量大，成本高）金属材料耗量大，成本高20%； （3）结构复杂）结构复杂 十、夹套式换热器 夹套式换热器是间壁式换热器的一种，在容器外夹套式换热器是间壁式换热器的一种，在容器外 壁安装夹套制成；壁安装夹套制成； 性能特点： 结构简单，但其加热面受容器壁面限制，传热系结构简单，但其加热面受容器壁面限制，传热系 数也不高。为提高传热系数且使釜内液体受热均数也

21、不高。为提高传热系数且使釜内液体受热均 匀，可在釜内安装搅拌器匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或当夹套中通入冷却水或 无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板 或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热 系数。为补充传热面的不足，也可在釜内部安装系数。为补充传热面的不足，也可在釜内部安装 蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和 冷却。冷却。 十一、板翅式换热器 由隔板、翅片和侧条组成单元体，多个单元体经逆流或错流组装为组装件，再将带有由隔板、翅片和侧条组

22、成单元体，多个单元体经逆流或错流组装为组装件，再将带有 集流出口的集流箱焊接到组装件上。由于材料轻薄，换热面积与换热器体积之比可达集流出口的集流箱焊接到组装件上。由于材料轻薄，换热面积与换热器体积之比可达 4000.m-3。 性能特点： （1）传热效率高，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数；）传热效率高，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数； 同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性，所以使得板翅式换热器可以达到很高的效同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性，所以使得板翅式换热器可以达到很高的效 率。率。 （2）紧凑，由于板翅式换热器具有扩展的二次表

23、面，使得它的比表面积可达到）紧凑，由于板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积可达到1000 /m3。 （3）轻巧，原因为紧凑且多为铝合金制造，现在钢制，铜制，复合材料等的也已经批量）轻巧，原因为紧凑且多为铝合金制造，现在钢制，铜制，复合材料等的也已经批量 生产生产 。 （4）适应性强，板翅式换热器可适用于：气气、气液、液液、各种流体之间的换）适应性强，板翅式换热器可适用于：气气、气液、液液、各种流体之间的换 热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多 股流、多程流等不同的换热工况

24、。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大 型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互 换性。换性。 （5）制造工艺要求严格，工艺过程复杂。）制造工艺要求严格，工艺过程复杂。 （6）容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修很困难，故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易）容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修很困难，故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易 结垢、不易沉积、不易堵塞的结垢、不易沉积、不易堵塞的 场合。场合。 十二、涡流热膜换热器 流热膜换热器