板式、管式换热器

1、换热器的工业背景换热器的工业背景 在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。换热器作为工艺过程中必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、化工、动力、机械、冶金等工程领域中。据统计，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的1020。在现代石油化工企业中换热器投资约占建设总投资的 30% 40%。由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着很重要的影响。返回换热器换热器板板式式管管式式管管壳壳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盘盘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型型管管式式浮浮头头式式换换 热热 器器 分分 类类换热器的

2、结构和特点换热器的结构和特点 列管式换热器 浮头式换热器 填料函式换热器 U形管换热器 板式换热器 螺旋板式换热器 板翅式换热器 沉浸式蛇管换热器 喷淋式蛇管换热器 热管式换热器 套管式换热器固定管板换热器的两端管板，采用焊接方法与壳体连接固定。其结构简单，制造成本低，能得到最小的壳体内径，管程可分成多样，规格范围广，故在工程中广泛应用。缺点是壳程不能清洗，检查困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不能采用。它宜用于壳体与管子温差小，壳程压力不高以及壳程结垢不严重或能用化学清洗的场合。在热膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因温差产生的热应力。带膨胀节的列管换热器浮头式换热器一端管板与壳体固定

3、，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管子对热膨胀是自由的，当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修、清洗提供了方便。但结构较复杂，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以在安装时要特别注意其密封。填料函式换热器的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可以自由伸缩，不会产生壳壁与管壁热变形差而引起的热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能

4、进行清洗，维修方便。 因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用U形管换热器是将管子弯成U形，管子两端固定在同一块管板上。由于壳体与管子分开，可以不考虑热膨胀。因U形管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其他换热器便宜，管束可以从壳体内抽出管外便于清洗，但管内清洗比较困难，所以管内的介质必须清洁或不易结垢的物料。缺点：由于管束中心部分存在空隙，所以流体易走短路，影响传热效果。U形管的弯管部分曲率不同，管子长度不一，因而物料分布不如固定管板式换热器均匀。

5、U形管式换热器一般用于高温高压的情况下，当使用在压力较高的环境时，弯管段的壁厚要加厚，弥补弯管后管壁的减薄。板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。板式换热器的特点：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（

6、3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150oC，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗 板式换热器板式换热器螺旋板式换热器特点：（一）.体积小、效率高、制造简单、成本较低。能进行低温差热交换，在所有换热器中所允许的最小温差为最低，在两流体温差为3度情况下仍可以进行交换。因此世界各国都利用这种换热器来回收低温热能。（二）.不易堵塞:1.由于介质走的是单一通道，所以它的允许速度比其他类型换热器高，污垢不易沉积。2.如果通道内某处沉积了污垢，此处截面积就会减小，在一定流量下，截面积

7、减小，局部的流速相应提高，对污垢区域起冲刷作用。而在管壳式换热器中，如果一根管子有污垢沉积，局部阻力增大，流量受到限制，流速降低，介质就向其他换热管分配，使沉积了污垢的管子流速越来越低，越易沉积，最后堵死。螺旋管板式换热器的污垢速度是管壳式换热器的十分之一。螺旋板换热器一般不易泄漏，但由于结构特点，一旦产生泄漏不易修理，只能整台报废。板翅式换热器是一种新型紧凑式换热器。国外从四十年代就开始研制，最初英国将其用作航空发动机的散热器。之后，美、日、德、法、英、苏联等主要工业国家都对板翅式换热器作了大量研究工作。我国是从六十年代初期开始试制的。目前，我国已能生产多种规格的板翅式换热器，可满足对流、错

8、流、逆流、错逆流和多股流换热，可进行气液、气气、液液间的冷却、冷凝和蒸发等换热过程，广泛应用与空分、石油化工、航空、车辆和船舶等方面。特点：1、传热效率高 2、结构紧凑、质量轻，对于铝制板翅式换热器而言，单位体积的传热面积为15002500m2/m3，相当于管壳式换热器的820倍，重量仅为相同换热面积的管壳式换热器的1/10。3、适应范围广，4、制造工艺复杂，要求严格 5、容易堵塞，清洗和检修较困难，若因腐蚀产生内漏，则很难修理。沉浸蛇管换热器式将蛇管浸在有液体的容器内。当蛇管内通入液体时，为使整个管中经常充满液体，液体应从蛇管的下端送入，上端流出。当蛇管内通入蒸汽时，为了避免因管内积存冷液而

9、产生水击与阻塞，蒸汽应从上部进入，冷凝液从下端排出。沉浸蛇管换热器通常用于对管内流体的冷却、冷凝或者是用于使管外流体加热、冷却和蒸发等。优点：结构简单，造价低，操作管理方便，蛇管内可承受高压，还可用在传热面积不大的反应釜内作换热构件。缺点：通常容器内的流体流速很低，故管外给热系数小，加之容器内各处温度大致接近，因而平均温差不大，所以换热效果差，设备笨重，不适于作为需要换热面积很大的换热设备。喷淋式蛇管换热器，它的传热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连接这些直管的U弯头所组成，并固定在钢架上。在最上面的管子上方，装有使冷却水均匀喷淋的装置。在换热器的最下边设有用水泥或钢板做成

10、的水槽，以收集与排放流下来的冷却水。操作时，热流体在管内流动。为了防止传热管外表面结水垢，降低传热效果，应使冷却水的最终温度不得大于4050度。与沉浸式蛇管换热器相比，除了具有结构简单，制作费用低、能承受高压，可用任何材料制造等优点外，喷淋式较沉浸式易于检查、清洗和检修，如管子是用法兰连接时，更为方便。缺点时占地面积大，操作时设备周围环境卫生较差。所以在场地充足，不怕水滴飞溅时，可广泛地用作为冷却器。套管式换热器是将传热管（内管）以同心圆状插入外管中，它的传热面积是由成组排列的管子所组成，从上到下、从左至右由许多U形弯头连接在一起，然后采用角钢或槽钢焊成支架，组装而成。套管式换热器一般适用于传热面积较小的场合，它比同样传热面积的管壳式换热器所需的空间容积要大，但其结构简单，制造方便等优点而广泛的用作冷却装置。热管是一种新型、高效的导热元件，其导热系数非常大，是金属良导体（Ag、Cu、Al）的103104倍，有超导热体或亚超导热体之称。热管的应用范围很广，从-200度到2000度都有相应的热管可以选用。热管的基本结构和工作原理都很简单，在一密闭的高度真空的管子中（通常为金属管），靠近管子内壁，贴装以某种毛细结构（称为吸液芯），再装入某种工作物质（简称工质），即成热管。工作时，管的一端从热源吸热