板壳式换热器概述

板壳式换热器的优势以及发展状况

王萌

（学号:3008207016 08级化学工程与工艺一班,化工学院，天津大学）

摘要：本文通过比较板壳式换热器跟目前普遍使用的板式换热器、管壳式换热器等换热器的各种特点，着重描述板壳式换热器的在换热效率，经济效益等方面的优势，并回顾板壳式换热器在国内外的发展状况以及应用。

关键词：换热器板壳式优势发展状况应用

Abstract:In this paper,we compare the various characteristics of shell-and-tube heat exchanger with the ones of plate type heat exchanger and lamela heat

exchanger ,which are widely used nowadays.And we emphasis the advantanges of shell-and-tube heat exchanger in exchange efficiency and economic benefits.The development and application of shell-and-tube heat exchanger are also presented in this paper.

Key words:heat exchanger, shell-and-tube,advantage,development, application

1 前言

目前，国内外各个炼油化工企业的新上装置及新改造装置的规模越来越大。而为了实现装置的大型化，就需要解决一些原有关键换热设备占地面积大、重量大、投资大及能耗高的缺点。而目前在炼油、化工行业中普遍使用的管壳式换热器以及板式换热器已不能满足大型化装置的需要。板壳式换热器作为高效紧凑式换热器的一种，介于管壳式和板式换热器之间，具有两种换热器的综合优点：换热效率高、端部温差小、压降低、节省占地面积、节约工程及设备安装费用、节省装置操作费用等优点，适合炼油、化工等领域大型化生产装置的使用要求[1]。板壳式换热器的优势，在各个研究机构的研究和各大工厂的生产实践中，逐步体现出来，各项技术逐步走向成熟，为化工等工业提供了巨大的帮助，本文着重对

板桥式换热器这部分内容进行总结介绍。

2 结构特点优势

板壳式换热器的基本结构与板式换热器相似，但板间距增大，取消了垫片，用焊接法联接各板，形成通道。图1以及图2分别是工业应用中的两个板壳式换热器实例的示意图，通过观察和研究，总结了不同于板式换热器和管壳式换热器的特点:

[3]

图1：板壳式换热器的结构示意图

(立式摆位顺时针方向旋转90°后的视图)

图2：压缩机终端水冷器设备结构示意图

（基本结构为板壳式换热器的结构）

1) 板的厚度增加。加上板间距的增加，使换热器单位体积的换热面积小于板式换热器，但大于列管式换热器； [2]

2) 采用焊接后，换热器能承受的压力和温度大大增加，密封性能良好；

3) 板间距的增大使换热器被堵塞的，可能性大大减少，换热器能处理的物料范围因而较广；

4) 物料在换热器内的流动途径与板式换热器相似，屑纯逆流；

5）板壳式换热器的板间距离是可调的，只要无堵塞危险，就可以缩小间距以增大湍流。对无悬浮粒子的清洁流体，板壳式换热器的传热系数比板式换热器略小。但比列管式换热器和螺旋板式换热器高，当处理带悬浮粒子的流体、高粘度流体或渣粒状材料时，板壳式换热器仍能维持比螺旋板式换热器高的传热系数，而板式换热器则无法操作；[3]

6）传热板片沿流体流动方向的流道断面形状不断变化，大大加强了流动的扰动，因而能在很低的雷诺数下形成湍流，从而增加了流体的传热性能；

7）板壳式换热器由于改变板片形状及间距可以产生复杂的流体流动，在板式传热面上可得到无“死区”的流动，因而污染物附着步，不易结垢，板束又可拆，设备清洗方便。

可见板壳式换热器在结构方面集合了管壳式换热器以及板式换热器的优点，形成了自己的独特优势，成为众多化工厂更换设备或添置新设备的首要选择。

3 三种情况下板壳式换热器与其他换热器的比较

3.1 有相变（蒸发和冷凝）的换热情况

3.1.1 蒸发过程中换热器的比较

用饱和蒸汽加热时，无论加热室采甩列管式或板式结构，对传热效果不会造成太大影响，而且此种情况下板式结构并不占优势。但若是强制循环蒸发器而且热流体不是蒸汽而是某种液体，则板壳式或螺旋板式加热器明显比列管式加热器好。也有用板式加热器的蒸发器，但其应用场合较受限翻。假如被蒸发物料为某种致冷剂，传热温差又在5°C以内，用板壳式加热器时的传热系数可2倍于管式加热器且结构紧凑,此时便体现出板壳式换热器的传热优势。

3.1.2 冷凝传热过程中换热器的比较

因为列管式换热器不可避免冷凝液流到下一列的管子上，所以不宜采用列管式换热器作为冷凝传热换热器。为减小冷凝液膜厚度，应使冷凝液流过的途径尽可能短。如果改用垂直管式换热器时，管子以短而粗为好，这样就使投资增加，

也不宜用此类型的换热器。

当蒸汽中含有较多不凝性气体时，蒸汽应扩散通过不凝气膜，再在壁上冷凝，才能达到理想的换热效果。此时若蒸汽走水平管式换热器的壳程，则传热系数不高。若走垂直管式换热器的管程，可在管内加装波形翅片以加强湍流，但由于管壁常常不完全润湿，传热系数也不高。螺旋板式换热器较好些，但在有支撑的一侧无法加装波形翅片。若让蒸汽走光精侧，则冷流体侧的传热并不总是得到优化。

然而板壳式换热器则显示出它的综合优势，它可以设计成不太高而较长、多程的空间，而不致增加其价格。这样可得到较高的传热系数。还可以同时引入二股冷流体。板壳式换热器成为冷凝传热过程中的最佳选择。[2]

3.2 无相变液体的换热

当液体中无悬浮粒子时，无论从传热系数还是从总费用看，板式换热器为最佳选择。当液体中有悬浮粒子时，板式换热器易堵塞，传统上用列管式换热器。其管程流动是较理想的。但壳程流动的湍流程度太低，导致总传热系数低，投资高。螺旋板式换热器是较理想的设备，液体的流动为纯逆流，但其板间支撑(类似于U 型板壳式换热器)易造成堵塞，清洗也较难。此外，它可以是逆流或并流，但不能一侧为单程，另一侧为多程。和列管式换热器一样，板壳式换热器较易清洗，但其传热效率却高得多，因为二侧的传热系数都较高。它的流程可任意选定，比螺旋板式换热器灵活。其费用比板式换热器贵，但比列管式换热器便宜。总的来看，板壳式换热器的性价比最高。

4 发展状况以及应用

4.1 板壳式换热器在国外的发展情况

二十世纪七八十年代，法国BARRIQUAND公司研制出了第一个板壳式换热器，这之后，欧美发达国家于上世纪八十年代起开始竞相开发、研制各种型式的板壳式换热器。其中具有代表性的公司当属法国Packinox公司，该公司于20世纪80年代首次在催化重整装置中用一台大型板壳式换热器替代传统的管壳式换热器组。20世纪90年代末期，Packinox公司又将大型板壳式换热器用于催化加氢装置。该公司的产品得到UOP(美国联合油)的认证，其产品主要用于的催化重整、芳烃及加氢装置。[1]