板式、管式換熱器

1、換熱器的工業(yè)背景換熱器的工業(yè)背景 在工業(yè)生產(chǎn)中，為了實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過(guò)程的一種設(shè)備，統(tǒng)稱(chēng)為換熱器。換熱器作為工藝過(guò)程中必不可少的單元設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于石油、化工、動(dòng)力、機(jī)械、冶金等工程領(lǐng)域中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的1020。在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中換熱器投資約占建設(shè)總投資的 30% 40%。由此可見(jiàn)，換熱器對(duì)整個(gè)企業(yè)的建設(shè)投資及經(jīng)濟(jì)效益有著很重要的影響。返回?fù)Q熱器換熱器板板式式管管式式管管殼殼式式板板片片式式螺螺旋旋板板式式板板翅翅式式套套管管式式盤(pán)盤(pán)管管式式排排管管式式固固定定管管板板式式填填料料函函式式U U型型管管式式浮浮頭頭式式換換 熱熱 器器 分分 類(lèi)類(lèi)換熱器的

2、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)換熱器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 列管式換熱器 浮頭式換熱器 填料函式換熱器 U形管換熱器 板式換熱器 螺旋板式換熱器 板翅式換熱器 沉浸式蛇管換熱器 噴淋式蛇管換熱器 熱管式換熱器 套管式換熱器固定管板換熱器的兩端管板，采用焊接方法與殼體連接固定。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，能得到最小的殼體內(nèi)徑，管程可分成多樣，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是殼程不能清洗，檢查困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不能采用。它宜用于殼體與管子溫差小，殼程壓力不高以及殼程結(jié)垢不嚴(yán)重或能用化學(xué)清洗的場(chǎng)合。在熱膨脹之差較大時(shí)，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力。帶膨脹節(jié)的列管換熱器浮頭式換熱器一端管板與殼體固定

3、，而另一端的管板可以在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)。殼體和管子對(duì)熱膨脹是自由的，當(dāng)兩種介質(zhì)的溫差較大時(shí)，管束與殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束可以容易地插入或抽出，這樣為檢修、清洗提供了方便。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮頭端小蓋在操作時(shí)無(wú)法知道泄漏情況，所以在安裝時(shí)要特別注意其密封。填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與浮頭式換熱器相類(lèi)似，浮頭部分露在殼體以外，在浮頭與殼體的滑動(dòng)接觸面處采用填料函式密封結(jié)構(gòu)。由于采用填料函式密封結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體軸向可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生殼壁與管壁熱變形差而引起的熱應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價(jià)比較低廉，且管束從殼體內(nèi)可以抽出，管內(nèi)、管間都能

4、進(jìn)行清洗，維修方便。 因填料處易產(chǎn)生泄漏，填料函式換熱器一般適用于4MPa以下的工作條件，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度也受填料的物性限制。填料函式換熱器現(xiàn)在已很少采用U形管換熱器是將管子彎成U形，管子兩端固定在同一塊管板上。由于殼體與管子分開(kāi)，可以不考慮熱膨脹。因U形管式換熱器僅有一塊管板，且無(wú)浮頭，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比其他換熱器便宜，管束可以從殼體內(nèi)抽出管外便于清洗，但管內(nèi)清洗比較困難，所以管內(nèi)的介質(zhì)必須清潔或不易結(jié)垢的物料。缺點(diǎn)：由于管束中心部分存在空隙，所以流體易走短路，影響傳熱效果。U形管的彎管部分曲率不同，管子長(zhǎng)度不一，因而物料分布不如固定管板式換熱器均勻。

5、U形管式換熱器一般用于高溫高壓的情況下，當(dāng)使用在壓力較高的環(huán)境時(shí)，彎管段的壁厚要加厚，彌補(bǔ)彎管后管壁的減薄。板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片，按一定的間隔，通過(guò)橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設(shè)備。板片組裝時(shí)，兩組交替排列，板與板之間用粘結(jié)劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網(wǎng)形流道，換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在低流速成下形成湍流，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。板上的四個(gè)角孔，形成了流體的分配管和泄集管，兩種換熱介質(zhì)分別流入各自流道，形成逆流或并流通過(guò)每個(gè)板片進(jìn)行熱量的交換。板式換熱器的特點(diǎn)：（1）體積小，占地面積少；（2）傳熱效率高；（

6、3）組裝靈活；（4）金屬消耗量低；（5）熱損失??；（6）拆卸、清洗、檢修方便；（7）板式換熱器缺點(diǎn)是密封周邊較長(zhǎng)，容易泄漏，使用溫度只能低于150oC，承受壓差較小，處理量較小，一旦發(fā)現(xiàn)板片結(jié)垢必須拆開(kāi)清洗 板式換熱器板式換熱器螺旋板式換熱器特點(diǎn)：（一）.體積小、效率高、制造簡(jiǎn)單、成本較低。能進(jìn)行低溫差熱交換，在所有換熱器中所允許的最小溫差為最低，在兩流體溫差為3度情況下仍可以進(jìn)行交換。因此世界各國(guó)都利用這種換熱器來(lái)回收低溫?zé)崮?。（二?不易堵塞:1.由于介質(zhì)走的是單一通道，所以它的允許速度比其他類(lèi)型換熱器高，污垢不易沉積。2.如果通道內(nèi)某處沉積了污垢，此處截面積就會(huì)減小，在一定流量下，截面積

7、減小，局部的流速相應(yīng)提高，對(duì)污垢區(qū)域起沖刷作用。而在管殼式換熱器中，如果一根管子有污垢沉積，局部阻力增大，流量受到限制，流速降低，介質(zhì)就向其他換熱管分配，使沉積了污垢的管子流速越來(lái)越低，越易沉積，最后堵死。螺旋管板式換熱器的污垢速度是管殼式換熱器的十分之一。螺旋板換熱器一般不易泄漏，但由于結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一旦產(chǎn)生泄漏不易修理，只能整臺(tái)報(bào)廢。板翅式換熱器是一種新型緊湊式換熱器。國(guó)外從四十年代就開(kāi)始研制，最初英國(guó)將其用作航空發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器。之后，美、日、德、法、英、蘇聯(lián)等主要工業(yè)國(guó)家都對(duì)板翅式換熱器作了大量研究工作。我國(guó)是從六十年代初期開(kāi)始試制的。目前，我國(guó)已能生產(chǎn)多種規(guī)格的板翅式換熱器，可滿足對(duì)流、錯(cuò)

8、流、逆流、錯(cuò)逆流和多股流換熱，可進(jìn)行氣液、氣氣、液液間的冷卻、冷凝和蒸發(fā)等換熱過(guò)程，廣泛應(yīng)用與空分、石油化工、航空、車(chē)輛和船舶等方面。特點(diǎn)：1、傳熱效率高 2、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，對(duì)于鋁制板翅式換熱器而言，單位體積的傳熱面積為15002500m2/m3，相當(dāng)于管殼式換熱器的820倍，重量?jī)H為相同換熱面積的管殼式換熱器的1/10。3、適應(yīng)范圍廣，4、制造工藝復(fù)雜，要求嚴(yán)格 5、容易堵塞，清洗和檢修較困難，若因腐蝕產(chǎn)生內(nèi)漏，則很難修理。沉浸蛇管換熱器式將蛇管浸在有液體的容器內(nèi)。當(dāng)蛇管內(nèi)通入液體時(shí)，為使整個(gè)管中經(jīng)常充滿液體，液體應(yīng)從蛇管的下端送入，上端流出。當(dāng)蛇管內(nèi)通入蒸汽時(shí)，為了避免因管內(nèi)積存冷液而

9、產(chǎn)生水擊與阻塞，蒸汽應(yīng)從上部進(jìn)入，冷凝液從下端排出。沉浸蛇管換熱器通常用于對(duì)管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或者是用于使管外流體加熱、冷卻和蒸發(fā)等。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，操作管理方便，蛇管內(nèi)可承受高壓，還可用在傳熱面積不大的反應(yīng)釜內(nèi)作換熱構(gòu)件。缺點(diǎn)：通常容器內(nèi)的流體流速很低，故管外給熱系數(shù)小，加之容器內(nèi)各處溫度大致接近，因而平均溫差不大，所以換熱效果差，設(shè)備笨重，不適于作為需要換熱面積很大的換熱設(shè)備。噴淋式蛇管換熱器，它的傳熱面是由一系列水平放置，上下排列在同一垂直面上的直管及連接這些直管的U彎頭所組成，并固定在鋼架上。在最上面的管子上方，裝有使冷卻水均勻噴淋的裝置。在換熱器的最下邊設(shè)有用水泥或鋼板做成

10、的水槽，以收集與排放流下來(lái)的冷卻水。操作時(shí)，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)。為了防止傳熱管外表面結(jié)水垢，降低傳熱效果，應(yīng)使冷卻水的最終溫度不得大于4050度。與沉浸式蛇管換熱器相比，除了具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作費(fèi)用低、能承受高壓，可用任何材料制造等優(yōu)點(diǎn)外，噴淋式較沉浸式易于檢查、清洗和檢修，如管子是用法蘭連接時(shí)，更為方便。缺點(diǎn)時(shí)占地面積大，操作時(shí)設(shè)備周?chē)h(huán)境衛(wèi)生較差。所以在場(chǎng)地充足，不怕水滴飛濺時(shí)，可廣泛地用作為冷卻器。套管式換熱器是將傳熱管（內(nèi)管）以同心圓狀插入外管中，它的傳熱面積是由成組排列的管子所組成，從上到下、從左至右由許多U形彎頭連接在一起，然后采用角鋼或槽鋼焊成支架，組裝而成。套管式換熱器一般適用于傳熱面積較小的場(chǎng)合，它比同樣傳熱面積的管殼式換熱器所需的空間容積要大，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便等優(yōu)點(diǎn)而廣泛的用作冷卻裝置。熱管是一種新型、高效的導(dǎo)熱元件，其導(dǎo)熱系數(shù)非常大，是金屬良導(dǎo)體（Ag、Cu、Al）的103104倍，有超導(dǎo)熱體或亞超導(dǎo)熱體之稱(chēng)。熱管的應(yīng)用范圍很廣，從-200度到2000度都有相應(yīng)的熱管可以選用。熱管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理都很簡(jiǎn)單，在一密閉的高度真空的管子中（通常為金屬管），靠近管子內(nèi)壁，貼裝以某種毛細(xì)結(jié)構(gòu)（稱(chēng)為吸液芯），再裝入某種工作物質(zhì)（簡(jiǎn)稱(chēng)工質(zhì)），即成熱管。工作時(shí)，管的一端從熱源吸熱