換熱器的簡介

Word文檔換熱器簡介一、換熱器概述

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不行缺少的設備。

在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，汲取熱量。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參與換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質(zhì)上的區(qū)分。

在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設備，占有非常重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷進展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)省的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設計制造結(jié)構(gòu)改進以及傳熱機理的討論非?；钴S，一些新型高效換熱器相繼問世。

二、換熱器的分類

換熱器作為傳熱設備被廣泛用于耗能用量大的領域。隨著節(jié)能技術的飛速進展，換熱器的種類越來越多。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的詳細分類如下：

1、換熱器按傳熱原理可分為：

1）間壁式換熱器

間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流淌，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應用最廣。間壁式換熱器依據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。

2）蓄熱式換熱器

蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達到肯定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。

3）流體連接間接式換熱器

流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分別裝置中。如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。

4）混合式換熱器

混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必需準時分別，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，冷水塔、氣體冷凝器等。

2、換熱器按用途分為：

1）冷卻器

冷卻器是把流體冷卻到必要的溫度，但冷卻流體沒有發(fā)生相的變化。

2）加熱器

加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。

3）預熱器

預熱器預先加熱流體，為工序操作供應標準的工藝參數(shù)。

4）過熱器

過熱器用于把流體(工藝氣或蒸汽)加熱到過熱狀態(tài)。

5）蒸發(fā)器

蒸發(fā)器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。

下面我們主要介紹列管式換熱器。

1、列管式換熱器分類

列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。

列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器。

優(yōu)點：單位體積設備所能供應的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)結(jié)實，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采納。

結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。一種流體在管內(nèi)流淌，其行程稱為管程；另一種流體在管外流淌，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。

列管式換熱器，按材質(zhì)分為碳鋼列管式換熱器，不銹鋼列管式換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管式換熱器三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器，按結(jié)構(gòu)分為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1～500m2，可依據(jù)用戶需要定制。在進行換熱時，一種流體由封頭的連結(jié)管處進入，在管流淌，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。

列管式換熱器種類許多，目前廣泛使用的按其溫差補償結(jié)構(gòu)來分，主要有以下幾種：浮頭式換熱器、固定式換熱器、U形管換熱器、填料函式換熱器等

1）浮頭式換熱器

圖1

圖1浮頭式換熱器浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消退了溫差應力。

新型浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套絲或焊設多個螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通；在凹型和梯型凹槽之間鉆孔并套絲或焊設多個螺桿均布，設浮頭法蘭為凸型和梯型凸臺雙密封，分程隔板與梯型凸臺相通并位于同一端面的寬面法蘭，且凸型和梯型凸臺及分程隔板分別與浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相對應匹配，該浮頭法蘭與無折邊球面封頭組配焊接為浮頭蓋，其法蘭螺孔與浮頭管板的絲孔或螺桿相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其墊片，該結(jié)構(gòu)必要時可適當加大浮頭管板的厚度和直徑及圓筒的內(nèi)徑，同時相應變更加大相關零部件的尺寸；另配置一無外力幫助鋼圈，其圈體內(nèi)徑大于浮頭管板外徑，鋼圈一端設法蘭與外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面凹型或梯型密封面連接并密封，另一端設法蘭或其他結(jié)構(gòu)與浮頭管板原凹型槽及其墊片或外圓密封。

浮頭換熱器的特點：

浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動，這個特點在現(xiàn)場能看出來。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。其缺點是結(jié)構(gòu)簡單，造價高（比固定管板高20%），在運行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。

2）固定管板式換熱器

圖2

固定管板式換熱器固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當位置上焊上一個補償圈（或膨脹節(jié)）。當殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應力引起的熱膨脹。

固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板

外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)依據(jù)換熱管的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。

這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡潔、緊湊、造價廉價，但殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采納。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。

為了克服溫差應力必需有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為平安起見，換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強不高的狀況。一般殼程壓強超過0.6Mpa時由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔?，就應考慮其他結(jié)構(gòu)。

固定管板式換熱器的特點

1、旁路滲流較??；

2、造價低；

3、無內(nèi)漏；

4、固定管板式換熱器的缺點是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報廢，設備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合。

3）U型管式換熱器

這類換熱器只