换热器相关知识

换热器

1 间壁式换热器

一. 夹套式换热器

路。这种换热器主要用于反应过程的加热或冷却。当用

蒸汽进行加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷凝水由下

部接管流出。作为冷却器时，冷却介质（如冷却水）由

夹套下部接管进入，由上部接管流出。

夹套式换热器结构简单，但由于其加热面受容器壁面限

制，传热面较小，且传热系数不高。

二.喷淋式换热器

喷淋式换热器的结构与操作如下图所示。这种换热器多

用作冷却器。热流体在管内自下而上流动，冷水由最上

面的淋水管流

出，均匀地分布在蛇管上，并沿其表面呈

膜状自上而下流下，最后流入水槽排出。

喷淋式换热器常置于室外空气流通处。冷

却水在空气中汽化亦可带走部分热量，增

强冷却效果。其优点是便于检修，传热效

果较好。缺点是喷淋不易均匀。

三.套管式换热器

套管式换热器的基本部件由直径不同的直管按同轴

线相套组合而成。内管用180°的回弯管连接，外管

亦需连接，结构如图所示。每一段套管为一程，每

程有效长度为4～6m。若管子太长，管中间会向下弯

曲，使环隙中的流体分布不均匀。

套管换热器的优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当选择两管的管径，两流体皆可获得适宜的流速，且两流体可作严格逆流。其缺点是管间接头较多，接头处易泄漏，单位换热器体积具有的传热面积较小。故适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。

四.管壳式换热器

1.固定管板式

结构如图所示。管子两端与管板的连接方式可用焊

接法或胀接法固定。壳体则同管板焊接。从而管束、

管板与壳体成为一个不可拆的整体。这就是固定管

板式名称的由来。

折流板主要是圆缺形与盘环形两种，其结

构如图所示。

操作时，管壁温度是由管程与壳程流体共

同控制的，而壳壁温度只与壳程流体有

关，与管程流体无关。管壁与壳壁温度不

同，二者线膨胀不同，又因整体是固定结

构，必产生热应力。热应力大时可能使管

子压弯或把管子从管板处拉脱。所以当

热、冷流体间温差超过50℃时应有减小热

应力的措施，称“热补偿”。

固定管板式列管换热器常用“膨胀节”结构进行热

补偿。图所示的为具有膨胀节的固定管板式换热

器，即在壳体上焊接一个横断面带圆弧型的钢环。

该膨胀节在受到换热器轴向应力时会发生形变，使

壳

体伸缩，从而减小热应力。但这种补偿方式仍不适用于热、冷流体温差较大（大于70℃）的场合，且因膨胀节是承压薄弱处，壳程流体压强不宜超过6at。

为更好地解决热应力问题，在固定管板式的基础上，又发展了浮头式和U型管式列管换热器。

2.浮头式

结构如图所示。其特点是有一端管板不与外壳相连，可以沿轴向自由伸缩。这种结构不但完全消除了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。浮头式换热式应用较为普遍，但结构复杂，造价较高。

3.U型管式

如图所示，U型管式换热器每根管子都弯成U型，管子的进出口均安装在同一管板上。封头内用隔板分成两室。这样，管子可以自由伸缩，与壳体无关。这种换热器结构适用于高温和高压场合，其主要不足之处是管内清洗不易，制造困难。

2管壳式换热器的设计和选用

一.管壳式换热器的设计和选用要考虑的问题

（一）冷，热流体流动的通道的选择

（二）流动方式的选择

（三）换热管规格和排列的选择

（四）折流挡板

二.管壳式换热器的给热系数

三.流体通过换热器的阻力损失

3 其它类型换热器

一.各种板式换热器

1.螺旋板式换热器

结构如图所示。其特点是有一端管板不与外壳相

连，可以沿轴向自由伸缩。这种结构不但完全消除

了热应力，而且由于固定端的管板用法兰与壳体连

接，整个管束可以从壳体中抽出，便于清洗和检修。

浮头式换热式应用较为普遍，但结构复杂，造价较

高。

螺旋板换热器的直径一般在1.6m以内，板宽200～

1200mm，板厚2～4mm。

两板间的距离由预先焊在板上的定距撑控制，相邻板间的距离为5～25mm。常用材料为碳钢和不锈钢。

螺旋板换热器的优点是：

①传热系数高：螺旋流道中的流体由于离心惯性力的作用，在较低雷诺数下即可达到湍流（一般在Re=1400～1800时即为湍流），并且允许采用较高流速（液体2m/s，气体20m/s），所以传热系数较大。如水与水之间的换热，其传热系数可达2000～3000W/(m2·℃），而列管式换热器一般为1000～2000W/(m2·℃）。

②不易结垢和堵塞：由于对每种流体流动都是单通道，流体的速度较高，又有离心惯性力的作用，湍流程度高，流体中悬浮的颗粒不易沉积，故螺旋板换热器不易结垢和堵塞，宜处理悬浮液及粘度较大的流体。

③能利用低温热源：由于流体流动的流道长和两流体可完全逆流，故可在较小的温差下操作，充分回收低温热源。据有的资料介绍，若流体出口端热、冷流体温差可小至3℃。

④结构紧凑：单位体积的传热面积约为列管式的3倍。

螺旋板式换热器的主要缺点是：

①操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过20at，温度在400℃以下。

②不易检修：因常用的螺旋板换热器被焊成一体，一旦损坏，修理很困难。

2.平板式换热器

平板式换热器（通常为板式换热器）主要由一组冲压出一定凹凸波纹的长方形薄金属板平行排列，以密封及夹紧装置组装于支架上构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后可以达到对外密封的目的。操作时要求板间通道冷、热流体相间流动，即一个通道走热流体，其两侧紧邻的流道走冷流体。为此，每块板的四个角上个各开一个圆孔。通过圆孔外设置或