各種換熱器工作原理和特點

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一、U型管式換熱器

每根管子都彎成U形，固定在同一側(cè)管板上，每根管可以自由伸縮，也是為了消除熱應(yīng)力。性能特點：

此類換熱器的特點是管束可以自由伸縮，不會因管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補償性能好；管程為雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好；承壓能力強；管束可從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，且結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉。

其缺點是管內(nèi)清洗不便，管束中間部分的管子難以更換，又因最內(nèi)層管子彎曲半徑不能太小，在管板中心部分布管不緊湊，所以管子數(shù)不能太多，且管束中心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換熱。此外，為了彌補彎管后管壁的減薄，直管部分需用壁較厚的管子。這就影響了它的使用場合，僅宜用于管殼壁溫相差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔及不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強的情形?！慷⒊两缴吖軗Q熱器

沉浸式蛇管換熱器以蛇形管作為傳熱元件的換熱器，是間壁式換熱器種類之一。根據(jù)管外流體冷卻方式的不同，蛇管式換熱器又分為沉浸式和噴淋式。優(yōu)點：

這是一種古老的換熱設(shè)備。它結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、清洗和維修便利，便于防腐，能承受高壓，價格低廉，又特別適用于高壓流體的冷卻、冷凝，所以現(xiàn)代仍得到廣泛應(yīng)用。缺點：

由于容器體積比管子的體積大得多、笨重、單位傳熱面積金屬耗量多，因此管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。

三、列管式換熱器

冷流體走管內(nèi)，熱流體經(jīng)折流板走管外，冷、熱流體通過間壁換熱。性能特點：

列管式換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價低廉，但管外不能機械清洗。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納。尋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(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。

為了戰(zhàn)勝溫差應(yīng)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，為安全起見，換熱器應(yīng)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?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。四、螺旋板式換熱器

由兩塊相互平行的鋼板，卷制成相互隔開的螺旋形流道。螺旋板的兩端焊有蓋板。冷熱流體分別在兩流道內(nèi)滾動。性能特點：

1、傳熱效率高（性能好）

一般認為螺旋板式換熱器的傳熱效率為列管式換熱器的1-3倍。等截面單通道不存在滾動死區(qū)，定距柱及螺旋通道對流動的擾動降低了流體的臨界雷諾數(shù)，水水換熱時螺旋板式換熱器的傳熱系數(shù)最大可達3000W/（㎡.K）。2、有效回收低溫熱能

螺旋板式換熱器由兩張卷制而成，進行余熱回收，充分利用低溫熱能。

3、運行可靠性強

不可拆式螺旋板式換熱器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有較高的密封性，保證兩種工作介質(zhì)不混合。4、阻力小

在殼體上的接納采用切向結(jié)構(gòu)。比較低的壓力損失，處理大容量蒸汽或氣體；有自清刷能力，因其介質(zhì)呈螺旋型滾動，污垢不易沉積；清洗簡單，可用蒸汽或堿液沖洗，簡單易行，適合安裝清洗裝置；介質(zhì)走單通道，允許流速比其他換熱器高。5、可多臺組合使用

單臺設(shè)備不能滿足使用要求時，可以多臺組合使用，但組合時必需符合以下規(guī)定：并聯(lián)組合、串聯(lián)組合、設(shè)備和通道間距一致?；旌辖M合：一個通道并聯(lián)，一個通道串聯(lián)。五、噴淋式換熱器

熱流體在袒露的管中流過，冷卻水噴淋流過蛇管。性能特點：

這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)滾動,冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下,故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜,管外給熱系數(shù)較沉浸式增大好多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作用.因此,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。六、熱管換熱器

一根密封的金屬管子，管內(nèi)壁覆蓋一層有毛細結(jié)構(gòu)材料作成的芯網(wǎng)，其中間是空的。管內(nèi)裝有一定量的熱載體（如液氨、氟利昂等），被氣化，流向冷端，蒸汽在冷端被冷凝，放出汽化潛熱，而加熱了冷流體。冷凝液又流回熱端，如此反復(fù)。

性能特點：

1、熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運行過程中單根熱管由于磨損、腐蝕、超溫等原因發(fā)生破壞時基本不影響換熱器運行。熱管換熱器用于易然、易爆、腐蝕性強的流體換熱場合具有很高的可靠性。

2、熱管換熱器的冷、熱流體完全分開滾動，可以比較簡單的實現(xiàn)冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外滾動，由于管外滾動的換熱系數(shù)遠高于管內(nèi)滾動的換熱系數(shù)，用于品位較低的熱能回收場合十分經(jīng)濟。

3、對于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結(jié)構(gòu)的變化、擴展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。

4、熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時，可以通過調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來調(diào)整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開最大的腐蝕區(qū)域。七、套管式換熱器

冷、熱流體分別在內(nèi)管和套管中滾動并換熱。優(yōu)點：

這種換熱器具有若干突出的優(yōu)點，所以至今仍被廣泛用于石油化工等工業(yè)部門。①結(jié)構(gòu)簡單，傳熱面積增減自如。由于它由標準構(gòu)件組合而成，安裝時無需另外加工。②傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同時還可以選取適合的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側(cè)流體的傳熱系數(shù)，因此它的傳熱效果好。液-液換熱時，傳熱系數(shù)為870～1750W/（m2·℃）。這一點特別適合于高壓、小流量、低傳熱系數(shù)流體的換熱。套管式換熱器的缺點是占地面積大；單位傳熱面積金屬耗量多，約為管殼式換熱器的5倍；管接頭多，易泄漏；流阻大。

③結(jié)構(gòu)簡單，工作適應(yīng)范圍大，傳熱面積增減便利，兩側(cè)流體均可提高流速，使傳熱面的兩側(cè)都可以有較高的傳熱系數(shù)，是單位傳熱面的金屬消耗量大，為增大傳熱面積、提高傳熱效果，可在內(nèi)管外壁加設(shè)各種形式的翅片，并在內(nèi)管中加設(shè)刮膜擾動裝置，以適應(yīng)高粘度流體的換熱。

④可以根據(jù)安裝位置任意改變形態(tài)，利于安裝。缺點：

①檢修、清洗和拆卸都較麻煩，在可拆連接處簡單造成泄漏。

②生產(chǎn)中，有較多材料選擇受限，由于套管式換熱器大多是內(nèi)管中不允許有焊接，由于焊接會造成受熱膨脹開裂，而套管式換熱器大多數(shù)為了節(jié)省空間選擇，彎制，盤制成蛇管形態(tài)，故有較多特別的耐腐蝕材料無法正常生產(chǎn)。

③套管換熱器國內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一的焊接標準，各個企業(yè)都是根據(jù)其他換熱產(chǎn)品經(jīng)驗選擇焊接方式，所以，套管式換熱器的焊接處，出現(xiàn)各類問題司空見慣，需要經(jīng)常注意檢查，保養(yǎng)。

八、具有補償圈的換熱器

當流體為高溫換熱時，由于殼體與管束因溫度相差太大，引起不同的熱膨脹率，補償圈就是為了消除這種熱應(yīng)力。九、浮頭式換熱器

兩端的管板，有一段不與殼體相連，可以在管長方向自由浮動，當殼體與管束因溫度不同而引起不同的熱膨脹時，可以消除熱應(yīng)力。

優(yōu)點：

（1）管束可以抽出，以便利清洗管、殼程；（2）介質(zhì)間溫差不受限制；

（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕；（4）可用于結(jié)垢比較嚴重的場合；（5）可用于管程易腐蝕場合。缺點：

（1）小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏；

（2）金屬材料耗量大，成本高20%；（3）結(jié)構(gòu)繁雜十、夾套式換熱器

夾套式換熱器是間壁式換熱器的一種，在容器外壁安裝夾套制成；性能特點：

結(jié)構(gòu)簡單，但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。十一、板翅式換熱器

由隔板、翅片和側(cè)條組成單元體，多