浅谈换热器的分类和特点

２） 套管式换热器 如图 ５ 所示，是将两种直径不同的直管装成 同心套管，并用 Ｕ型周管把多段直套管串联起来， 内管及套管间隙中各有一种流体流过，进行热交 换。其结构简单，能耐高压。这种换热器一般适 用于流体流量较小和所需要的传热面积不大的场
热膨胀的影响，须采用各种补偿结构。列管式换热 器，根据补偿程度的不同，常用的有以下几种结构 型式：
关键词： 换热器； 分类； 特点
中图分类号： ＴＱ０５１．５ 文献标识码： Ａ 文章编号： １００３－６４９０（２００３）０３－００３９－０４
０ 前 言
在工业生产中，凡用来实现冷热流体热量交 换的设备，统称为换热器。它在化工、炼油、原子 能、建筑、机械、交通等许多技术领域中均有广泛 的应用。如化工生产中的加热器、冷却器、蒸发器、 冷凝器、再沸器等；又如热力发电厂中的空气预热 器、蒸汽过热器、凝汽器和冷水塔等，为了满足不 同生产条件的需要，各工业部门采用多种多样的 换热器。
的端部都有单独的填料函密封，以保证管子的自 艺所规定的换热条件，且强度足够、结构可靠，同
由伸缩。当换热器的管子数目很少时，才采用这 时便于制造、安装、检修又经济合理，从而使设
种结构，但管距比一般换热器要大，结构复杂。另 计达到该具体条件下的最佳设计。
一种形式是在列管的一端与外壳作成浮动结构， 在浮动处采用整体填料密封，结构较简单，但此 种结构不宜用在直径大，压力高的情况。
这一类的换热器，虽然在换热率，设备结构 的紧凑性和金属消耗量等方面都不如其他新型换
热器，但他具有结构坚固，操作弹性大和使用材
冷流体
热流体
料范围广等优点。尤其在高温、高压和大型换热
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ 器中，仍占有相当优势。又可以细分为：蛇管式 换热器、套管式换热器、列管式换热器。 １） 蛇管式换热器
壳体不连，受热或受冷时，可以沿管长方向自由
图 ５ 套管式换热器示意图
伸缩，称为浮头。浮头有内浮头或外浮头，其结 构复杂，金属材料多，制造成本高，但整个管束
可以从壳体内拆卸出来，便于检修和清洗。它适
“板面式”换热器的传热性能要比“管子”换
用于管壁和壳壁温差大，管束空间经常清洗的场 热器优越，由于采用“板面”的特殊结构，使流
合。
体在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了
（３） Ｕ 形管式换热器
传热。该设备采用板材制作，故在大规模组织生
每根管子都弯成 Ｕ 形，进、出口分别安装在 产时，可降低设备成本，但其耐压性能比“管式”
同一管板的两侧，再将该侧管箱用隔板分成两室， 为差。
由于只有一块管板，管子在受热或冷却时，可以 自由伸缩。其结构简单，能耐高温，耐高压，但
体隔开，使它们通过壁面进行传热。这样形式的
换热器使用最广泛，本文着重介绍。间壁式换热
器按照传热面的形状和结构又可分为“夹套式”换
热器、“管式”换热器、“板面式”换热器。
１．３．１ “夹套式”换热器
“夹套式”换热器，如图 ２ 所示，夹套是用焊
接或螺钉的方法，固定安装在容器外部，在加热
时，蒸汽自上而下流经夹套，冷凝后流出；在冷
工出版社，１９８７．
子外径、管子间距和排列，可供工程设计时采用。 ［４］ 换热器［Ｍ］．兰州石油机械研究所主编．北京烃加工出版社，１９８６．
１．３．３ “板面式”换热器
［５］ 换热器设计［Ｍ］，化工设备设计全书编辑委员会．上海：上海科学技 术出版社，１９８８．
刘月芹：（ １ ９ ６ ９ —），１ ９ ９ １ 年毕业于南京工业大学，工 程 师 ，主 要 从 事 化 工 容 器 设 计工作。联系电话：０ ２ ５ － ５３１５４１４－０２２２２
浅 谈 换 热 器 的 分 类 和特点
刘月芹
（南京化工厂设计所，江苏 南京 ２１００３８）
摘 要： 简要介绍换热器的分类和各种类型换热器的特点、应用范围。 只有选用适当形式的换热器，才能达到具体条件下的最佳设计。
热流体
冷流体
它是最早出现的一种结构简单和操作方便的 传热设备，它本身又可分成沉浸式和喷淋式两种
（１） 沉浸式蛇管设备
图 １ 蓄热式换热器示意图
１．３ 间壁式换热器 它是利用金属壁面将进行热交换的冷、热流
蛇管多以金属管子弯绕而成，或制成适应容 器情况的形状，如图 ３ 所示。
板、管箱、封头等部件组成，如图 ６ 所示。管束两 端固定在管板上，管板连同管束都固定在壳体上， 封头、壳体上装有流体的进出口接管。热交换时， 一种流体在管束及与其相通管箱内流动，其所经 过的路程称为管程；另一种流体在管束与壳体之 间的间隙中流动，其所经过路程，称为壳程。为 了提高壳程流体的流速，可在壳体内装设一定数 目与管束相垂直的折流挡板，这样即提高壳程流 体的流速，同时又迫使壳程流体遵循规定的路径 流过，多次地错流流过管束，有利于提高传热效 果。
（２） 喷淋式蛇管换热器 这种形式的换热器多用来冷却管子内的热流
体，如图 ４ 所示，将蛇管成排固定在钢架上，被 冷却的流体在管内流动，冷却水从蛇管上方的喷 淋装置均匀淋下。其传热效果较沉浸式为好，且 便于检修和清洗。但这种类型换热器体积庞大，有 时喷淋效果不够理想。
合。 ３） 列管式换热器 又称管壳式换热器，主要由壳体、管束、管
（１） 固定管板式换热器 管束两端的管板和壳体固定连接，仅用于管
束和壳体温差不大的情况。对于温度差稍大而壳 体受压不太高时，可在壳体上加上热补偿结构——
膨胀节。它的优点是结构简单，紧凑，造价便宜。
缺点是管外不能进行机械清洗，因此，壳体流体
须用不易生污垢的清洁流体。
（２） 浮头式换热器
管束的一端管板与壳体连接，另一端管板与
走。这样，在填料被加热和冷却的过程中，进行
着热流体和冷流体之间的热量传递。在使用这种 换热器时，不可避免地会使两种流体有少量混合， 且必然是成对使用，即当一个通过热流体时，另 一个则通过冷流体，并靠自动阀进行交替切换，使 生产得以连续进行。
图 ２ 夹套式换热器示意图
很好，主要用于反应器的加热或冷却设备的保温。 １．３．２ “管式”换热器
却时，冷却水由下而上流经夹套，吸热后流出。其 ห้องสมุดไป่ตู้构简单，但因传热面积的限制，传热效果不是
图 ３ 蛇管的形状
内通一种流体，沉浸在盛有另一种流体的容 器中，进行热交换。其结构简单，制造容易，能 耐高压。但因容器中流体流速很小，因而给热系 数小，传热效率低。如果在容器中加搅拌装置或 减少管外空间，则传热效率有所提高。
由传热学理论可知道，热交换是一种复杂的 过程，它是由系统内两部分的温度差异而引起的， 热量总是自动地从温度较高的部分传给温度较低 的部分。传热的基本方式有热传导、对流和辐射 ３ 种，因此在换热器中，热量总是从热流体传给冷 流体，起加热作用的热流体又称加热介质如水蒸 汽、烟道气、导热油或其他高温流体等；起冷却 作用的冷流体又称冷却介质如空气、冷冻水、冷
１ 换热器的分类和特点
换热器的结构类型繁多，但按其传热特征可 分为 ３ 类：混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式 换热器。 １．１ 混合式换热器
它是利用两种换热流体的直接接触与混合作 用来进行热量交换。混合式换热器操作的一个主 要因素就是要使两种流体接触的面积尽可能大，
以促进它们之间的热量交换。为了获得大的接触
面积，可在设备中设置防止搁栅或填料，有时也
可把液体喷成细滴。此类设备通常作成塔状。
１．２ 蓄热式换热器
它是让两种温度不同的流体先后通过一种固
体填料（如炼焦炉下方的蓄热室中放置的多孔性
格子砖和在制氧装置中所用蓄冷器中的卵石等）的
表面，如图 １ 所示。首先让热流体通过，把热量蓄
积在填料中，然后，当冷流体通过时，将热量带
冻盐水等。在热交换过程中，热冷流体的温度是 因整个流程而不断变化的，即热流体的温度由于 放热而下降，冷流体的温度由于吸热而上升。
适应于各种换热条件，换热器有多种形式。每 种结构形式都有其特点和适用范围，只有熟悉和 掌握这些特点，并根据生产工艺具体情况，才能 进行合理选型和正确的设计。下面简要介绍换热 器的分类和各种类型换热器的特点。
２ 结 论
管束不易清洗，拆换管子也不容易。因此要求通
过管内的流体是洁净的。这种换热器壳用于温差
只有熟悉各种形式换热器的特点，设计换热
变化很大，高温或高压的场合。
器时，才能综合考虑材料、压力、温度差、压力
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ （４） 填料函式换热器 它有两种形式，一种是在管板上的每根管子
降、结垢、流体状态、应用方式、检修和清理等 因素，选用最佳的换热器形式，才能保证达到工
我国已经制定了列管式换热器系列化标准， 标准中规定了列管式换热器的主要参数有公称换 热面积、公称直径、公称压力、换热管长度、管
［参 考 文 献］
［１］ ＧＢ１５１－１９９９ 管壳式换热器［Ｓ］．北京： 国家质量技术监督局， １９９９．
［２］ 换热器设计［Ｍ］．上海：上海科学技术出版社，１９８８． ［３］ 尾花英朗（日）著．《换热器设计手册》［Ｍ］．徐中权译．北京：烃加
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ 图６ 列管式换热器示意图 列管式换热器操作时，由于管束和壳体的温度
１．直管； ２．Ｕ 形管； ３ ．水槽 ； ４．齿形檐板
图 ４ 喷淋式换热器示意图
不同，两者所用材料有时也不相同，导致两者热膨 胀不同。若两者的温度差较大（５０℃以上）时，就 可能会引起设备变形、扭弯或破裂。为此，考虑到