換熱器的分類及圖示

1、換熱器的分類及圖示一. 夾套式換熱器 結(jié)構(gòu)如圖所示。夾套空間是加熱介質(zhì)和冷卻介質(zhì)的通路。這種換熱器主要用于反應(yīng)過(guò)程的加熱或冷卻。當(dāng)用蒸汽進(jìn)行加熱時(shí)，蒸汽上部接管進(jìn)入夾套，冷凝水由下部接管流出。作為冷卻器時(shí)，冷卻介質(zhì)（如冷卻水）由夾套下部接管進(jìn)入，由上部接管流出。夾套式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于其加熱面受容器壁面限制，傳熱面較小，且傳熱系數(shù)不高。二.噴淋式換熱器 噴淋式換熱器的結(jié)構(gòu)與操作如下圖所示。這種換熱器多用作冷卻器。熱流體在管內(nèi)自下而上流動(dòng)，冷水由最上面的淋水管流出，均勻地分布在蛇管上，并沿其表面呈膜狀自上而下流下，最后流入水槽排出。噴淋式換熱器常置于室外空氣流通處。冷卻水在空氣中汽化亦可帶走

2、部分熱量，增強(qiáng)冷卻效果。其優(yōu)點(diǎn)是便于檢修，傳熱效果較好。缺點(diǎn)是噴淋不易均勻。三.套管式換熱器 套管式換熱器的基本部件由直徑不同的直管按同軸線相套組合而成。內(nèi)管用180°的回彎管連接，外管亦需連接，結(jié)構(gòu)如圖所示。每一段套管為一程，每程有效長(zhǎng)度為46m。若管子太長(zhǎng)，管中間會(huì)向下彎曲，使環(huán)隙中的流體分布不均勻。 套管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，內(nèi)管能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，適當(dāng)選擇兩管的管徑，兩流體皆可獲得適宜的流速，且兩流體可作嚴(yán)格逆流。其缺點(diǎn)是管間接頭較多，接頭處易泄漏，單位換熱器體積具有的傳熱面積較小。故適用于流量不大、傳熱面積要求不大但壓強(qiáng)要求較高的場(chǎng)合。四.管殼式換熱器1.固

3、定管板式 結(jié)構(gòu)如圖所示。管子兩端與管板的連接方式可用焊接法或脹接法固定。殼體則同管板焊接。從而管束、管板與殼體成為一個(gè)不可拆的整體。這就是固定管板式名稱的由來(lái)。 折流板主要是圓缺形與盤環(huán)形兩種，其結(jié)構(gòu)如圖所示。 操作時(shí)，管壁溫度是由管程與殼程流體共同控制的，而殼壁溫度只與殼程流體有關(guān)，與管程流體無(wú)關(guān)。管壁與殼壁溫度不同，二者線膨脹不同，又因整體是固定結(jié)構(gòu)，必產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力大時(shí)可能使管子壓彎或把管子從管板處拉脫。所以當(dāng)熱、冷流體間溫差超過(guò)50時(shí)應(yīng)有減小熱應(yīng)力的措施，稱“熱補(bǔ)償”。 固定管板式列管換熱器常用“膨脹節(jié)”結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱補(bǔ)償。圖所示的為具有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，即在殼體上焊接一個(gè)橫斷

4、面帶圓弧型的鋼環(huán)。該膨脹節(jié)在受到換熱器軸向應(yīng)力時(shí)會(huì)發(fā)生形變，使殼體伸縮，從而減小熱應(yīng)力。但這種補(bǔ)償方式仍不適用于熱、冷流體溫差較大（大于70）的場(chǎng)合，且因膨脹節(jié)是承壓薄弱處，殼程流體壓強(qiáng)不宜超過(guò)6at。 為更好地解決熱應(yīng)力問(wèn)題，在固定管板式的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了浮頭式和U型管式列管換熱器。2.浮頭式 結(jié)構(gòu)如圖所示。其特點(diǎn)是有一端管板不與外殼相連，可以沿軸向自由伸縮。這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力，而且由于固定端的管板用法蘭與殼體連接，整個(gè)管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。浮頭式換熱式應(yīng)用較為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。3.U型管式 如圖所示，U型管式換熱器每根管子都彎成U型，管子的進(jìn)出口均安裝在

5、同一管板上。封頭內(nèi)用隔板分成兩室。這樣，管子可以自由伸縮，與殼體無(wú)關(guān)。這種換熱器結(jié)構(gòu)適用于高溫和高壓場(chǎng)合，其主要不足之處是管內(nèi)清洗不易，制造困難。五.各種板式換熱器1.螺旋板式換熱器 結(jié)構(gòu)如圖所示。其特點(diǎn)是有一端管板不與外殼相連，可以沿軸向自由伸縮。這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力，而且由于固定端的管板用法蘭與殼體連接，整個(gè)管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。浮頭式換熱式應(yīng)用較為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。 螺旋板換熱器的直徑一般在1.6m以內(nèi)，板寬2001200mm，板厚24mm。 兩板間的距離由預(yù)先焊在板上的定距撐控制，相鄰板間的距離為525mm。常用材料為碳鋼和不銹鋼。螺旋板換熱器的優(yōu)點(diǎn)是

6、：傳熱系數(shù)高：螺旋流道中的流體由于離心慣性力的作用，在較低雷諾數(shù)下即可達(dá)到湍流（一般在Re=14001800時(shí)即為湍流），并且允許采用較高流速（液體2m/s，氣體20m/s），所以傳熱系數(shù)較大。如水與水之間的換熱，其傳熱系數(shù)可達(dá)20003000W/(m2·），而列管式換熱器一般為10002000W/(m2·）。不易結(jié)垢和堵塞：由于對(duì)每種流體流動(dòng)都是單通道，流體的速度較高，又有離心慣性力的作用，湍流程度高，流體中懸浮的顆粒不易沉積，故螺旋板換熱器不易結(jié)垢和堵塞，宜處理懸浮液及粘度較大的流體。能利用低溫?zé)嵩矗河捎诹黧w流動(dòng)的流道長(zhǎng)和兩流體可完全逆流，故可在較小的溫差下操作，充分回

7、收低溫?zé)嵩础?jù)有的資料介紹，若流體出口端熱、冷流體溫差可小至3。結(jié)構(gòu)緊湊：?jiǎn)挝惑w積的傳熱面積約為列管式的3倍。螺旋板式換熱器的主要缺點(diǎn)是：操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高：目前最高操作壓強(qiáng)不超過(guò)20at，溫度在400以下。不易檢修：因常用的螺旋板換熱器被焊成一體，一旦損壞，修理很困難。2.平板式換熱器 平板式換熱器（通常為板式換熱器）主要由一組沖壓出一定凹凸波紋的長(zhǎng)方形薄金屬板平行排列，以密封及夾緊裝置組裝于支架上構(gòu)成。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片，壓緊后可以達(dá)到對(duì)外密封的目的。操作時(shí)要求板間通道冷、熱流體相間流動(dòng)，即一個(gè)通道走熱流體，其兩側(cè)緊鄰的流道走冷流體。為此，每塊板的四個(gè)角上個(gè)各開(kāi)一個(gè)圓孔。通過(guò)圓孔

8、外設(shè)置或不設(shè)直圓環(huán)形墊片可使每個(gè)板間通道只同兩個(gè)孔相連。板式換熱器的組裝流程如圖（a）所示。由圖可見(jiàn)，引入的流體可并聯(lián)流入一組板間通道，而組與組間又為串聯(lián)機(jī)構(gòu)。換熱板的結(jié)構(gòu)如圖（b）所示。板上的凹凸波紋可增大流體的湍流程度，亦可增加板的剛性。波紋的形式有多種，圖（b）所示的是人字形波紋板。板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：傳熱系數(shù)高：因板面上有波紋，在低雷諾數(shù)（Re=200左右）下即可達(dá)到湍流，而且板片厚度又小，故傳熱系數(shù)大。熱水與冷水間換熱的傳熱系數(shù)可達(dá)15004700W/(m2·）。結(jié)構(gòu)緊湊：一般板間距為46mm，單位體積設(shè)備可提供的傳熱面積為2501000m2/m3（列管換熱器只有40150

9、m2/m3）。具有可拆結(jié)構(gòu)：可根據(jù)需要，用調(diào)節(jié)板片數(shù)目的方法增減傳熱面積。故檢修、清洗都比較方便。板式換熱器的主要缺點(diǎn)是：操作壓強(qiáng)和溫度不太高：壓強(qiáng)過(guò)高容易泄漏，操作壓強(qiáng)不宜超過(guò)20at。操作溫度受墊片材料耐熱性能限制，一般不超過(guò)250。處理量?。阂虬彘g距離僅幾毫米，流速又不大，故處理量較小。3.板翅式換熱器板翅式換熱器是一種更為高效、緊湊、輕巧的換熱器，應(yīng)用甚廣。板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多，但其基本結(jié)構(gòu)元件相同，即在兩塊平行的薄金屬板之間，夾入波紋狀或其它形狀的金屬翅片，并將兩側(cè)面封死，即構(gòu)成一個(gè)換熱基本單元。將各基本元件進(jìn)行不同的疊積和適當(dāng)?shù)呐帕校⒂免F焊固定，即可制成并流、逆流或錯(cuò)流的板

10、束（或稱芯部）。其結(jié)構(gòu)如圖所示。將帶有流體進(jìn)、出口接管的集流箱焊在板束上，就成為板翅式換熱器。我國(guó)目前常用的翅片型式有光直型、鋸齒形和多孔形翅片三種，如圖所示。板翅式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：傳熱系數(shù)高、傳熱效果好：因翅片在不同程度上促進(jìn)了湍流并破壞了傳熱邊界層的發(fā)展，故傳熱系數(shù)高?？諝鈴?qiáng)制對(duì)流給熱系數(shù)為35350W/(m2·），油類強(qiáng)制對(duì)流時(shí)給熱系數(shù)為1151750W/(m2·）。冷、熱流體間換熱不僅以平隔板為傳熱面，而且大部分通過(guò)翅片傳熱（二次傳熱面），因此提高了傳熱效果。結(jié)構(gòu)緊湊：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備提供的傳熱面積一般能達(dá)到25004300m2/m3。輕巧牢固：通常用鋁合金制造，板重量

11、輕。在相同的傳熱面積下，其重量約為列管式換熱器的1/10。波形翅片不單是傳熱面，亦是兩板間的支撐，故其強(qiáng)度很高。適應(yīng)性強(qiáng)、操作范圍廣：因鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)高，且在0以下操作時(shí)，其延伸性和抗拉強(qiáng)度都較高，適用于低溫及超低溫的場(chǎng)合，故操作范圍廣。此外，既可用于兩種流體的熱交換，還可用于多種不同介質(zhì)在同一設(shè)備內(nèi)的換熱，故適應(yīng)性強(qiáng)。板翅式換熱器的缺點(diǎn)是：設(shè)備流道很小，易堵塞，且清洗和檢修困難，所以，物料應(yīng)潔凈或預(yù)先凈制。因隔板和翅片都由薄鋁片制成，故要求介質(zhì)對(duì)鋁不腐蝕。六.強(qiáng)化管式換熱器1.翅片管翅片管換熱器是在管的表面加裝翅片制成。常用的翅片有橫向和縱向兩類，圖所示的是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的幾種翅片形式。翅

12、片與管表面的連接應(yīng)緊密，否則連接處的接觸熱阻很大，影響傳熱效果。常用的連接方法有加套、鑲鉗、張力纏繞和焊接等方法。此外，翅片管也可采用整體軋制、整體鑄造和機(jī)械加工等方法制造。2.熱管 熱管是60年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新型傳熱元件。它是在一根抽除不凝性氣體的密閉金屬管內(nèi)充以一定量的某種工作液體構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。工作液體因在熱端吸收熱量而沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽流至冷端放出潛熱。冷凝液回至熱端，再次沸騰汽化。如此反復(fù)循環(huán)，熱量不斷從熱端傳至冷端。冷凝液的回流可以通過(guò)不同的方法（如毛細(xì)管作用、重力等）來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前常用的方法是將具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的吸液芯裝在管的內(nèi)壁上，利用毛細(xì)管的作用使冷凝液由冷端回流至熱端。熱管工