间壁式换热器类型

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1、间壁式换热器的类型间壁式换热器的特点是冷、热两流体被固体壁面隔开，不相混合，通过间壁 进行热量的 交换。此类换热器中，以列管式应用最广，本节将作重点介绍。 其它常用的间壁式换热器简介如下：一、管式换热器一、管式换热器 (一)蛇管式换热器 蛇管式换热器可分为两类。1)沉浸式蛇管换热器 蛇管多用金属管子弯制而成，或制成适应容器要求的形 状，沉浸 在容器中。两种流体分别在蛇管内、外流动而进行热量交换。几种 常用的蛇管形式如图 4 40 所示。这种蛇管换热器的优点是结构简单，价格低廉，便于防腐蚀，能承受高压。 主要缺点是 由于容器的体积较蛇管的体积大得多，故管外流体的较小，因 而总传热系数 K 值也较

2、小。 若在容器内增设搅拌器或减小管外空间，则可提 高传热系数。 2）喷淋式换热器 喷淋式换热器如图 4-41 所示。它多用作冷却器。固定 在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，热流体在管内流动，自下部的管进入， 由上部的管流出。冷水由最上面的多孔分布管(淋水管)流下，分布在蛇管上， 并沿其两侧下降至下面的管子表面，最后流入水槽而排出。冷水在各管表面上 流过时，与管内流体进行热交换。这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水 在空气中汽化时可带走部分热量，以提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相 比，还具有便于检修和清洗、传热效果也较好等优点，其缺点是喷淋不易均匀。图 4-40 蛇管的形状图 4-41 喷

3、淋式换热器1-弯管 2-循环泵 3-控制阀在沉浸式换热器的容器内，流体常处于不流动的动态，因此在某瞬间容器 内各处的温度 基本相同，而经过一段时间后，流体的温度由初温 t1变为终温 t2，故属于非定态传热过程。(二)套管式换热器 套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180的回弯管将多段套管串联而成，如图 4-42 所示。每一段套管称为一程，程数可根据 传热要求而增减。每程的有效长度为 46m，若管子太长，管中间会向下弯曲，使环形中 的流体分布不均匀。套管换热器的优点为：构造简单；能耐高压；传热面积可根据需要而增减； 适当地选择管内、外径，可使流体的流速较大；且

4、双方的流体作严格的逆流， 都有利于传热。其缺点为：管间接头较多，易发生泄漏；单位长度具有传热面 积较小。在需要传热面积不太大且要求压强较高或传热效果较好时，宜采用套 管式换热器。图 442 套管式换热器 (三)列管式换热器 列管换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。与前述的各种换热 器相比，主 要优点是单位体积所具有的传热面积较大以及传热效果较好；此 外，结构简单，制造的材料 范围较广，操作弹性也较大等，因此在高温、高 压和大型装置上多采用列管式换热器。列管换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同， 因此它们的热 膨胀程度也有差别。若两流体的温度差较大(50以上)时，就

5、 可能由于热应力而引起设备 的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热 膨胀的影响。根据热补偿方法的不同，列管 换热器有下面几种型式。1.固定管板式固定管板式换热器如图 45 所示。所谓固定管板式即两端管板和壳体连接 成一体，因 此它具有结构简单和造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和 清洗，因此壳方流体应是 较洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大 时，应考虑热补偿。图 443 为具有补偿 圈(或称膨胀节)的固定板式换热器， 即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热 膨胀不同时，补偿圈 发生弹性变形(拉伸或压缩)，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。 这种 热补偿方法简单，但不宜

6、用于两流体的温度差太大(不大于 70)和壳方流体压 强过高 (一般不高于 600kPa)的场合。图 4-43 具有补偿圈的固定管板式换热器 1 一挡板 2-补偿圈 3-放气嘴 2.U 型管换热器 U 型管换热器如图 4-44 所示。管子弯成 U 型，管子的两端固定在同一管板上，因此 每 根管子可以自由伸缩，而与其它管子及壳体无关。图 4-44 U 型管换热器1 一 U 型管 2 一壳程隔板 3 一管程隔板这种型式换热器的结构也较简单，重量轻，适用于高温和高压的场合。其主要缺点是管内清洗比较困难，因此管内流体必须洁净；且因管子需一定的弯曲半径，故管板的利用 率较差。3.浮头式换热器 浮头式换热器

7、如图 4-45 所示，两端管板之一不与外壳固定连接，该端称为浮头。当管 子受热(或受冷)时，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器不但 可以补偿热膨胀，而且由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可从壳 体中抽 出，便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍。但该种换热器结构较复杂， 金属耗量较多，造价也较高。 以上几种类型的列管换热器都有系列标准，可供选用。规格型号中通常标明型式、壳 体直径、传热面积、承受的压强和管程数等。例如 FA60013016-2 的换热器，FA表示 浮头式 A 型.换热管为 9X2mm，正三角行排列(FB表示浮头 B 型，其换热管为25X

8、2.5mm，正方行排列),壳体公称直径为 600mm,公称传热面积为 130m2,公称压强为 16at,管程数 2。 图 4-45 浮头式换热器 1 一管程隔板 2 一壳程隔板 3 一浮头(一)夹套式换热器这种换热器构造简单，如图 446 所示。换热器的夹套孝装在容器的外部，夹套与器壁 之间形成密闭的空间，为载热体(加热介质)或载冷体(冷却介质)的通路。夹套通常用钢或铸 铁制成，可焊在器壁上或者用螺钉固定在容器的法兰或器盖上。.夹套式换热器主要应用于反应过程的加热或冷却。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部接 管进入夹套，冷凝水则由下部接管流出。作为冷却器时，冷却介质(如冷却水)由夹套下部 的接管进

9、入，而由上部接管流出。 这种换热器的传热系数较低，传热面又受容器的限制，因此适用于传热量不太大的场 合。为了提高其传热性能，可在容器内安装搅拌器，使器内液体作强制对流，为了弥补传 热面的不足，还可在器内安装蛇管等。图 4-46 夹套式换热器 1 一容器 2 一夹套(二)板式换热器板式换热器主要由一组长方形的薄金属板平行排列、夹紧组装于支架上而 构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后可达到密封的目的，且可用垫片的 厚度调节两板间流体通道的大小。每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有两个圆孔和板面上的流道相通，另外两个圆孔则不相通，它们的位置在相邻板 上是错开的，以分别形成两流体的通道。冷、热流体

10、交替地在板片两侧流过， 通过金属板片进行换热。每块金属板面冲压成凹凸规则的波纹，以使流体均匀 流过板面，增加传热面积，并促使流体湍动，有利于传热。板式换热器的示意 图如图 4-47 所示。 板式换热器的优点是：结构紧凑，单位体积设备所提供的传热面积大；总 传热系数高，如对低粘度液体的传热，K 值可高达 7000W(m2)；可根据需 要增减板数以调节传热面积；检修和清洗都较方便。 板式换热器的缺点是：处理量不太大；操作压强较低，一般低于 1500kPa，最高也不超 过 2000kPa；因受垫片耐热性能的限制，操作温度不能过高，一般对合成橡胶垫圈不超过 130，压缩石棉垫圈低于 250。 (三)螺

11、旋板式换热器 如图 448 所示，螺旋板式换热器是由两块薄金属板焊接在一块分隔挡板(图中心的短 板)上并卷成螺旋形而成的。两块薄金属板在器内形成两条螺旋形通道，在顶、底部上分别 焊有盖板或封头。进行换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。因用途不同，螺旋板式换热器的流道布置和封盖形式，有下面几种型式：“I”型结构 两个螺旋流道的两侧完全为焊接密封的“I”型结构，是不可拆结构，如 图 4-48(a)所示。两流体均作螺旋流动，通常冷流体由外周流向中心，热流体从中心流向外 周，即完全逆流流动。这种型式主要应用于液体与液体间传热。 “”型结构 型结构如图 448(b)所示。一个螺旋

12、流道的两侧为焊接密封，另一流 道的两侧是敞开的，因而一流体在螺旋流道中作螺旋流动,另一流体在另一流道中作轴向流 动.这种型式适用于两流体流量差别很大的场合，常用作冷凝器、气体冷却器等。图 4-47 板式换热器示意图图 4-48 螺旋板式换热器“”型结构 “”型结构如图 448(c)所示。一种流体作螺旋流动，另一流体是轴向 流动和螺旋流动的组合。适用于蒸气的冷凝冷却。螺旋板换热器的直径一般在 1.6m 以内，板宽 2001200mm，板厚 24mm，两板间的距离为 525mm。常用材料为碳钢和不锈钢。螺旋板换热器的优点： (1)总传热系数高。由于流体在螺旋通道中流动，在较低的雷诺值(一般 Re=

13、14001800，有时低到 500)下即可达到湍流，并且可选用较高的流速(对液 体为 2ms，气体为 20ms)，故总传热系数较大。(2)不易堵塞。由于流体的流速较高，流体中悬浮物不易沉积下来，并且任 何沉积物将 减小单流道的横断面，因而使速度增大，对堵塞区域又起到冲刷 作用，故螺旋板换热器不易 被堵塞。(3)能利用低温热源和精密控制温度。这是由于流体流动的流道长及两流体 完全逆流 的缘故。(4)结构紧凑。单位体积的传热面积为列管换热器的 3 倍。螺旋板换热器的缺点：(1)操作压强和温度不宜太高，目前最高操作压强为 2000kPa，温度约在 400 以下。(2)不易检修。因整个换热器为卷制而成

14、，一旦发生泄漏，修理内部很困难。三、翅片式换热器三、翅片式换热器(一)翅片管换热器如图 4-49 所示，翅片式换热器的构造特点是在管子表面上装有径向或轴向 翅片。常见 的翅片如图 4-50 所示。图 4-49 翅片式换热器 (a) 翅片式换热器 (b)翅片管断面图 4-50 常见的翅片形式当两种流体的对流传热系数相差很大时，例如用水蒸气加热空气，此传热 过程的热阻主要在气体一侧。若气体在管外流动，则在管外装置翅片，既可扩 大传热面积，又可增加流体的湍动，从而提高换热器的传热效果。一般来说， 当两种流体的对流传热系数之比为 3：1 或更大时，宜采用翅片式换热器。翅片的种类很多，按翅片的高度不同，

15、可分为高翅片和低翅片两种，低翅 片一般为螺纹 管。高翅片适用于管内、外对流传热系数相差较大的场合，现 已广泛地应用于空气冷却器 上。低翅片适用于两流体的对流传热系数相差不 太大的场合，如对粘度较大液体的加热或 冷却等。(二)板翅式换热器板翅式换热器的结构型式很多，但其基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板(平隔板)问，夹人波纹状的金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体。将各单元体进行 不同的叠积和适当地排列，再用钎焊给予固定，即可得到常用的逆、并流和错流的板翅式 换热器的组装件，称为芯部或板束。如图 4-51 所示。将带有流体进、出口的集流箱焊到板 束上，就成为板翅式换热器。目前常用的翅片

16、形式有光直型翅片、铝齿形翅片和多孔型翅 片，如图 452 所示。 图 4-51 板翅式换热器的板束图 4-52 板翅式换热器的翅片形式 (a)光直翅片 (b)锯齿翅片 (c)多孔翅片板翅式换热器的主要优点有：(1)总传热系数高，传热效果好。由于翅片在不同程度上促进了湍流并破坏了传热边界 层的发展，故总传热系数高。同时冷、热流体间换热不仅以平隔板为传热面，而且大部分 热 量通过翅片传递，因此提高了传热效果。(2)结构紧凑。单位体积设备提供的传热面积一般能达到 2500m2，最高可达 4300m2， 而列管式换热器一般仅有 160m2。(3)轻巧牢固。因结构紧凑，一般用铝合金制造，故重量轻。在相同的传热面积下，其质 量约为列管式换热器的十分之一。波形翅片不仅是传热面的支撑，而且是两板间的支撑， 故其强度很高。(4)适应性