热交换器设计选型

蓄热式换热器图
蓄热式换热器 特点
蓄热式换热器结构紧凑、价格便
宜、单位体积传热面大，故较适 合用于气一气热交换的场合。如 回转式空气预热器就是一种蓄热 式换热器。
间壁式换热器（表面式换热器）

间壁式换热器（表面式 换热器）是利用间壁（固体 壁面）将进行热交换的冷热 两种流体隔开，互不接触， 热量由热流体通过间壁传递 给冷流体的换热器。
换热设备是石油、化工生产
中普遍应用的典型的工艺设 备，也是应用最为广泛的单 元操作设备之一，其它如动 力、原子能、冶金、食品、 交通、家电等工业部门也有 着广泛的应用。
应 用

在石油化工工艺过程 中，换热设备通常以不同 的种类和型式出现，它们 可以是加热器、冷却器、 蒸发器、再沸器、冷凝器、 余热锅炉等。
蓄热式换热器（或回热式换热器）
在换热器内首先由热流体通过， 把热量积蓄在蓄热体中，然后由冷 流体通过，由蓄热体把热量释放给 冷流体。由于两种流体交替与蓄热 体接触，因此不可避免地会使两种 流体少量混合。若两种流体不允许 有混合，则不能采用蓄热式换热器。
蓄热式换热器（或回热式换热器）
这种蓄热式换热器主要用于废气 温度很高而需要预热空气的场合， 石油化工厂也有用其作为裂解炉的。 由此难免存在着一小部分流体相互 掺和的现象，必须注意可能造成流 体的“污染”问题，由此而可能带 来的安全问题必须有相应的技术措 施。图 8—2 为蓄热式换热器示意图。
沉浸式蛇管换热器特点
优点：结构简单、造价低廉、操作敏感 性较小，管子可承担较大的流体介质压 力。常用于高压流体的冷却，以及反应 器的元件。 缺点：管外流体的流速小，传热系数小， 传热效率低，需要的传热面积大，设备 显得笨重。

喷淋式蛇管换热器特点
将蛇管成排地固定在钢架上，被冷却的 流体在管内流动，冷却水由管排上方的 喷淋装置均匀淋下。 优点：管外流体的传热系数大，且便于 检修和清洗。 缺点：体积庞大，冷却水用量较大，有 时喷淋效果不够理想。
螺旋板式换热器
应用： 适用于液－液、气－液流体换热，对于 高粘度流体的加热或冷却、含有固体颗 粒的悬浮液的换热。

板式换热器

板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片 和密封垫片以及压紧装置组成，其结构类似板 框压滤机。板片表面通常压制成为波纹形或槽 形，以增板的刚度，增大流体的湍流程度，提 高传热效率。两相邻板片的边缘用垫片夹紧， 以防止流体泄漏，起到密封作用，同时也使板 与板之间形成一定间隙，构成板片间流体的通 道。冷热流体交替地在板片两侧流过，通过板 片传热。
3.间壁式换热器分类

管式换热器（蛇管式换热器、套管式换 热器、缠绕管式换热器和管壳式换热器）
板式换热器 其它形式：石墨换热器、聚四氟乙烯、 热管换热器

管式换热器特点

管式换热器虽然在换热效率、结构紧凑 性和单位传热面积的金属消耗量等方面 都不如其它新型换热器，但它具有结构 坚固、可靠、适应性强、易于制造、能 承受较高的操作压力和温度等优点。在 高温、高压和大型换热器中，管式换热 器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的 一类换热器。

（2）套管式换热器

它是由两种不同大小直径的管子组装成 同心管，两端用U形弯管将它们连接成排， 并根据实际需要，排列组合形成传热单 元，换热时，一种流体走内管，另一种 流体走内外管之间的环隙，内管的壁面 为传热面，一般按逆流方式进行换热。 两种流体都可以在较高的温度、压力、 流速下进行换热。
套管式换热器图

板翅式换热器

板翅式换热器
优点： 传热效率高，传热系数比管壳式换热器 大3~10倍。 结构紧凑、轻巧，单位体积内的传热面 积约为管壳式换热器的十几倍到几十倍， 而相同条件下换热器的重量只有管壳式 换热器的10~65%。

板翅式换热器
缺点： 结构复杂，造价高，流道小，易堵塞， 不易清洗，难以检修。
蛇管式换热器
蛇管式换热器一般由金属
或非金属管子，按需要弯 曲成所需的形状，如螺旋 形和长的蛇形等。它是最 早出现的一种换热设备， 具有结构简方便等优点。
蛇管式换热器分类
沉浸式蛇管换热器 喷淋式蛇管换热器
沉浸式蛇管换热器
使用：沉浸在盛有被加热或被冷
却介质容器中，两种流体分别在 管内、外进行换热。
换热设备（换热器、热交换器）
1.
简介
换热设备（换热器、热交换 器）
作用：用来实现热量的传递， 使热量由高温流体传递给低 温流体。
换热设备（换热器、热交换器）
地位：在炼油厂，用于换热设 备 的 费 用 约 占 总 费 用 的 35 ％ ~40 ％，在化工厂约占总费用 的10％~20％。
应 用
直接接触式换热器（或混合式 换热器）
为增加两流体的接触面积，
以达到充分换热，在设备 中常放置填料和栅板。通 常采用塔形结构。下图为 板式冷却塔的示意图。
直接接触式换热器（或混合式 换热器）
蓄热式换热器（或回热式换热器）
它是借助于固体（固体填料或 多孔性格子砖等）构成的蓄热体 与热流体或冷流体交替接触，把 热量从热流体传递给冷流体的换 热器。
直接接触式换热器（或混合式 换热器）

它是让两种流体（冷流 体和热流体）直接接触与 混合进行热量的交换。最 常见到如凉水塔、气液混 合式冷凝器等等。
直接接触式换热器（或混合式 换热器）
优点：这类换热器传热效率高，
单位容积提供的传热面积大，设 备结构简单、价格便宜，在石油 化工厂中也常见应用。 缺点：仅适用于工艺上允许两种 流体混合的场合。

板翅式换热器
应用： 使用范围广。 可作气－气，气－液和液－液的热交换。 适用于多种流体在同一设备中操作。 特别适用于低温或超低温的场合。

板壳式换热器
板壳式换热器
特点： 具有管壳式换热器和板式换热器两者的 特点。 结构紧凑，单位体积包含的换热面积比 管壳式换热器增加70%，传热效率高， 压力降小。较好地解决了耐温、耐压、 抗压与高效率的矛盾，容易清洗。

板壳式换热器

缺点：焊接技术要求高。

应用：常用于加热、冷却、蒸发、冷凝 等过程。
伞板式换热器
伞板式换热器是中国独创的新型高校换 热器。 结构：由伞形传热片、异形垫片、端盖 和进出口接管等组成。 优点：制造成本低，结构稳定、紧凑， 板片间容易密封。传热效率高，易拆卸。 缺点：流道较小，容易堵塞，不易处理 较脏介质。
聚四氟乙烯换热器
它是最近十余年所发展起来的一种新型耐腐 蚀的换热器。 主要的结构形式：管壳式和沉浸式两种。 优点：聚四氟乙烯耐腐蚀、不生锈、能制成小 口径薄壁软管，因而可使换热器具有结构紧凑、 耐腐蚀等。 缺点：是机械强度和导热性能较差，故使用温 度一般不超过150˚C ，使用压力不超过l.5MPa .

应 用

在石油化工的许多生产操作 中部无一例外地必须应用换热设 备，如气体压缩输送的冷却、液 体原料贮路的防止凝固、反应过 程的冷却或加热、分离设备的汽 化或冷凝、直至循环水的降温、 环境温度的控制等等。
应 用

总之，在石油化工生产 中换热设备的应用最为广 泛。
发展趋势
（ 1 ）需求量大：近三十年

管壳式换热器

这类换热器是目前应用最为广泛 的换热设备。
管壳式换热器图
缠绕管式换热器
板面式换热器
螺旋板式换热器 板式换热器 板翅式换热器 板壳式换热器 伞板式换热器

螺旋板式换热器
螺旋板式换热器

特点：结构紧凑、传热面积为管壳式换 热器的2～3倍，传热效率比管壳式换热 器高50~100%，制造简单，流体单通道 螺旋流动，由自刷作用，不易结垢，可 呈全逆流流动，传热温差小。
换热器主要介绍内容

主要介绍目前广泛应 用且量多面广的钢制管壳 式换热器，而对其它型式 的换热器只作一定篇幅的 介绍。
2.换热设备的分类及特点

换热设备有不同的分类方 法，而最常用的是根据作用 原理或传热方式来区分的。
分类
直接接触式换热器（或混合式换
热器） 蓄热式换热器（或回热式换热器） 间壁式换热器（表面式换热器） 中间载热体式换热器
应 用
在完成热量传递的同 时．换热设备还可以在生产 工艺流程中起到不同的作用。 例如控制介质的温度 ( 加 热器 冷凝器、 再沸器、蒸发器等)； 控制介质汽化的流量 ( 蒸 发器、再沸器等 ) ；控制介质 冷凝的流量 ( 冷凝器、冷凝冷 却器等)。

风冷式四氟换热器
热管换热器
热管换热器由壳体、热管和隔板组成。 热管作为主要传热元件，是一种具有高导热性 能的新型传热元件。热管是一根密闭的金属管 子，管子内部有用特定材料制的多孔毛细结构 和载热介质。当管子在加热区加热时，介质从 毛细结构中蒸发出来，带着所吸取的潜热，通 过输送区沿温度降低的方向流动，在冷凝区遇 到冷表面后冷凝，并放出潜热，冷凝后的载热 介质通过它在毛细结构中的表面张力作用，重 新返回加热区，如此往复循环，连续不断地把 热端的热量传送到冷端。

热管换热器

热管换热器的主要特点：结构简单、重 量轻、经济耐用；在极小的温差下，具 有极高的传热能力；通过材料的适当选 择和组合，可用于大幅度的温度范围， 如从 -200 ～ 2000℃的温度范围内均可应 用；且一般没有运动部件，操作无声， 不需要维护，寿命长；输热效率高，其 效率可达到90％。
间壁式换热器（表面式换热器）

间壁式换热器是工业生产 中应用最为广泛的换热器， 其形式多种多样，如常见的 管壳式换热器和板式换热器 都属于间壁式换热器。
中间载热体式换热器

此类换热器是把两个间壁式换热器 由在其中循环的载热体连接起来的换 热器。载热体在高温流体换热器和低 温流体换热器之间循环，在高温流体 换热器中吸收热量，在低温流体换热 器中把热量释放给低温流体，如热管 式换热器。