换热器

5.7.1 换热器的分类

换热器：用来使热量从热流体传递到冷流体，以满 足规定的工艺要求的装置/实现热量交换的设备
广泛用于石油、化工、轻工、制药、食品、机械、 冶金、动力等工程领域中。

• 一、按热量交换的原理和方式分
混合式、蓄热式、间壁式。
间壁式
蛇管 沉浸 套管 喷淋 列管式 壳体 管束 花板 顶盖
管程隔板 壳程隔板

•1.直接接触式换热器(混和式换热器)
•冷、热流体直接接触，相互混和传递热 量。特点是结构简单，传热效率高。
热流体
•适于冷、热流体允许混和的场合。 •如凉水塔、洗涤塔、文氏管 及喷射冷凝器等。
冷流体

2.蓄热式换热器(回流式换热器、蓄热器)
• 借助于热容量较大的固体蓄热体， 将热量由热流体传给冷流体。当蓄 热体与热流体接触时，从热流体处 接受热量，蓄热体温度升高，然后 与冷流体接触，将热量传递给冷流 体，蓄热体温度下降，从而达到换 热的目的。特点是结构简单，可耐 高温，体积庞大，不能完全避免两 种流体的混和。 • 适于高温气体热量的回收或冷却。 • 如回转式空气预热器。
热流体 冷流体
热流体
冷流体

二、按其用途分：
加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器和再沸器等；
•1.加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在 加热过程中不发生相变。 •2.预热器：用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效 率。 •3.过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。 •4.蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。 •5.再沸器：用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽 化。为蒸馏过程专用设备。 •6.冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。 •7.冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而 凝结液化。

三、按制造材料分：
金属、陶瓷、塑料、石墨和玻璃等等。 • 1.金属材料换热器 由金属材料加工制成的换热器。常用的材料 有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、 钛及钛合金等。因金属材料导热系数大，故此 类换热器的传热效率高。 • 2.非金属材料换热器 常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷 等。因非金属材料导热系数较小，故此类换热 器的传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物 系。

四、 按传热面形状和结构分
• 1.管式换热器 通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管 的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热 器、套管式换热器、翅片式换热器等。应用最 广。 • 2.板式换热器 通过板面进行传热的换热器。按传热板的结 构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板 式换热器等。 • 3.特殊形式换热器 根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换 热器。如回转式、热管、同流式换热器等。

5.7.2 间壁式换热器
冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量由热 流体通过壁面传递给冷流体。
1.夹套式管换热器

结构：夹套装在容 器外部，夹套和容器壁 之间形成密闭空间，成 为一种流体的通道。
优点：结构简单，加工方便； 缺点：传热面积A小，传热效率低； 用途：广泛用于反应器的加热和冷 却。

• 2.管式换热器
①沉浸式换热器
蛇管多以金属管弯绕而成，或制成适应各种容器需 要的形状沉浸在容器中。两种流体分别在管内外流 动通过蛇管表面进行换热。

特点：结构简单、成本低、耐腐蚀、耐高压；管外α较 小，蛇管易堵塞。 强化措施：可减少管外空间；容器内加搅拌器。
蛇管的形状

• ②喷淋式换热器
将蛇管成排地固定在支架上，冷却水由最上层管的喷 淋装置中均匀淋下，沿管表面流过，与管内热流体换 热。

优点：结构简单；便于耐腐蚀；管内能耐高压； 管外α 比沉浸式大；传热面积大而且可以改变，检修 和清洗方便。 缺点：冷却水喷淋不均匀影响传热效果；只能安 装在室外，占地面积大。 水分配槽
热流体或蒸汽
水池或汇集管
泵

• ③套管式换热器
由直径不同的两根圆管组成的同心套管。一种 流体在内管中流动，另一种流体在套管的环隙 中流动，两流体是通过内管壁面进行换热。 每一段套管称一程。程与程之间一般是上下排 列，固定在管架上。若所需传热面积较大，则 可用数排并列，各排均与总管连接而并联使 用。
螺旋套管换热器

优点：结构简单，易于维修和清洗，适用于高
温、高压流体，特别是小容积流量流体的传热。 始终以逆流 缺点：流动阻力大，金属耗量多，而且体积较 大，因而多用于所需传热面积较小的传热过程。

• ④列管式换热器/管壳式换热器
•将若干细管组成的管束放在一大的外管中，这种换 热器称为列管式换热器 。 组成：壳体、管束、折流板、管板和封头等部分。 管束安装在壳体内，两端固定在管板上。封头用螺栓 与壳体两端的法兰相连。 一种流体由封头的进口管进入，流经封头与管板的空 间分配至各管内，从另一端封头的出口管流出。另 一种流体则由壳体的接管流入，在壳体与管束间的 空隙流动中通过管束表面与管束内流体换热，然后 从壳体的另一端接管排出。为增加流体湍动程度， 通常壳体内安装若干与管束垂直的折流档板。

管壳式换热器是一种传统的、应用最广泛的热交换设备。 由于它结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤 其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。传热面由管束组 成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外壳内。 流体流经管束的过程，称为流经管程，将该流体称为管程(管方) 流体； 流体流经壳体环隙的过程，称为流经壳程，将该流体称为壳程 (壳方)流体。
T A,out
TB ,in (shell side)
TB ,out TA,in (tube side)