換熱器類(lèi)型和結(jié)構(gòu)教材

1、換熱器類(lèi)型和結(jié)構(gòu)內(nèi)容1、換熱器的定義換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備， 即在一個(gè)大的 密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容器內(nèi)有管道穿過(guò)。讓熱水從管道 內(nèi)流過(guò)。由于管道內(nèi)熱水和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會(huì)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 把管道里水的熱量交換給了容器內(nèi)的冷水，換熱器又稱(chēng)熱交換器。2、換熱器的分類(lèi)與結(jié)構(gòu)換熱器按用途分類(lèi)可以分為：冷卻器、冷凝器、加熱器、換熱器、 再沸器、蒸氣發(fā)生器、廢熱（或余熱）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(lèi)的換熱器：1

2、）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(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情 況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)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(huán)水的冷卻、汽-水之 間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力 工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生 產(chǎn)部門(mén)。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(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)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(shí)用金屬波形帶等） 。換熱分 兩個(gè)階段進(jìn)

3、行。第一階段，熱氣體通過(guò)火格子，將熱量傳給火格子而貯 蓄起來(lái)。第二階段，冷氣體通過(guò)火格子，接受火格子所儲(chǔ)蓄的熱量而被 加熱。這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。通常用兩個(gè)蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體 進(jìn)入一器時(shí)，冷氣體進(jìn)入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱 室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠(chǎng) 中的蓄熱式裂化爐。3）間壁式換熱器 此類(lèi)換熱器中，冷熱倆流體間用一金屬隔開(kāi)，以便倆種流體不相混 合而進(jìn)行熱量傳遞。在化工生產(chǎn)中冷熱流體經(jīng)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(lèi)：a）夾套式換熱器由容器外壁安裝夾套制成。 （如圖所示）這種

4、換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中 設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)為補(bǔ)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(yīng)過(guò)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適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的 液體中。其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造。缺點(diǎn)：容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外給熱系數(shù)小將換

5、熱管成排地固定在鋼架上 熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在裝置上方均勻淋下。優(yōu)點(diǎn)：熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水在裝置上方均勻淋下。傳熱系數(shù) 大，故噴淋式換熱器傳熱效果優(yōu)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?chē)h(huán)境，使用起來(lái)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?yàn)楣軆?nèi)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(shù)大，傳熱效果好。常用 的水伴熱就是一種簡(jiǎn)易的套管式換熱器 d）管殼式換熱器管殼式（又稱(chēng)列管式）換熱器是最典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)

6、地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和圭寸頭等部分組成，殼體多呈圓 形，內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱 的兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱(chēng)為管程；一種在管外流動(dòng),其行程稱(chēng) 為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù) ，通常在殼體 內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)程度大為增加。 常用的檔板有圓缺形和圓盤(pán)形兩種（如下圖所示），前者應(yīng)用更為廣泛.。 流體在管內(nèi)每通過(guò)管束一次稱(chēng)為一個(gè)管程，每通過(guò)殼體一次稱(chēng)為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體的速度，可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將全部

7、管子平 均分隔成若干組。這樣，流體可每次只通過(guò)部分管子而往返管束多次，稱(chēng)為 多管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過(guò)殼體空間，稱(chēng)多殼程。在管殼式換熱器內(nèi)，由于管內(nèi)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 ，換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力 可能使管子彎曲，斷裂或從管板上松脫。因此，當(dāng)管束和殼體溫度差超過(guò) 50C時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏夭钛a(bǔ)償措施，消除或減小熱應(yīng)力。附4好圖缺形新流擔(dān)板禹442岡犠形靳訊押板ii補(bǔ)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。固定管板式換熱器當(dāng)冷熱流體溫差不大時(shí)，可采用固定管板式換熱器。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，但清洗困難

8、，不適用于易結(jié)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(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。下圖為帶 有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器。浮頭式換熱器如上圖所示為浮頭式換熱器，它兩端的管板一端可沿軸向自由浮動(dòng)，從 而消除熱應(yīng)力。而且整個(gè)管束可從殼體中抽出，便于清洗和檢修。但是 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。工業(yè)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(jìn) 出口分別安裝在同一管板的兩側(cè)，封頭以隔板分成兩室。每根管可自由 伸縮，與外殼無(wú)關(guān)。從而消除熱應(yīng)力，其結(jié)構(gòu)比浮頭式換熱器簡(jiǎn)單。但 管程不易清洗，使用有很大的局限性只適用于潔凈流體。e）板式換熱器板式換熱器

9、是由一組長(zhǎng)方形的薄金屬傳熱板片構(gòu)成，用框架將板片夾 緊組裝于支架上。兩個(gè)相鄰板片的邊緣襯以墊片（各種橡膠或壓縮石棉等 制成）壓緊，板片四角有圓孔，形成流體的通道。（亦板式換熱器結(jié)構(gòu)分脾亦比（切板式換熱湍流程示意1上導(dǎo)桿；2墊片；3傳熱板片；4角孔；5前支柱；6固定端板；7下導(dǎo)桿；8活動(dòng)端板板式換熱器和管殼式換熱器的區(qū)別：a. 傳熱系數(shù)高由于不同的波紋板相互倒置， 構(gòu)成復(fù)雜的流道，使流體 在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動(dòng)，能在較低的雷諾數(shù)（一般Re=5O2O0 下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認(rèn)為是管殼式的 35倍。b. 對(duì)數(shù)平均溫差大，末端溫差小 在管殼式換熱器中，兩種流體分別 在管程和殼程內(nèi)流

10、動(dòng)，總體上是錯(cuò)流流動(dòng)，對(duì)數(shù)平均溫差修正系數(shù)小， 而板式換熱器多是并流或逆流流動(dòng)方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右, 此外，冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)平行于換熱面、無(wú)旁流，因此 使得板式換熱器的末端溫差小，對(duì)水換熱可低于1C,而管殼式換熱器一 般為5C.c. 占地面積小 板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼 式的25倍，也不像管殼式那樣要預(yù)留抽出管束的檢修場(chǎng)所，因此實(shí)現(xiàn) 同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的 1/51/8。c.容易改變換熱面積或流程組合，只要增加或減少幾張板，即可達(dá)到 增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達(dá)到 所要求的流程組合，

11、適應(yīng)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d. 重量輕板式換熱器的板片厚度僅為0.40.8mm,而管殼式換熱器的換熱管的厚度為 2.02.5mm,管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得 多，板式換熱器一般只有管殼式重量的 1/5左右。e. 價(jià)格低 采用相同材料，在相同換熱面積下，板式換熱器價(jià)格比管 殼式約低40%60%f. 制作方便 板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標(biāo)準(zhǔn)化程度高， 并可大批生產(chǎn)，管殼式換熱器一般米用手工制作。g. 容易清洗 框架式板式換熱器只要松動(dòng)壓緊螺栓，即可松開(kāi)板束， 卸下板片進(jìn)行機(jī)械清洗，這對(duì)需要經(jīng)常清洗設(shè)備的換熱過(guò)程十分方便。i. 熱損失小 板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計(jì)，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大， 需要隔熱層。h. 容量較小 是管殼式換熱器的10%20% i.單位長(zhǎng)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(tǒng)的光滑管的壓力損失大。j.不易結(jié)垢 由于內(nèi)部充分湍動(dòng)，所以不易結(jié)垢，其結(jié)垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/31/10.k.工作壓力不宜過(guò)大，介質(zhì)溫度不宜過(guò)高，有 可能泄露 板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過(guò)2.5MPa,介質(zhì)溫度應(yīng)在低于250C以下