換熱器的分類及構(gòu)造和工作原理
換熱器（heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，其在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用廣泛。
一、換熱器的分類
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，換熱器的具體分類如下：
1.按傳熱原理分類
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(kāi)的空間里流動(dòng)，通過(guò)壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對(duì)流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。間壁式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。間壁式換熱器是應(yīng)用最為廣泛的換熱器。
2）蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器通過(guò)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(guò)加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過(guò)固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門(mén)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(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來(lái)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。
4）直接接觸式換熱器又被稱為混合式換熱器，這種換熱器是兩種流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱的設(shè)備例如，冷水塔、氣體冷凝器等。
5）復(fù)式換熱器兼有汽水面式間接換熱及水水直接混流換熱兩種換熱方式的設(shè)備。同汽水面式間接換熱相比，具有更高的換熱效率；同汽水直接混合換熱相比具有較高的穩(wěn)定性及較低的機(jī)組噪音。
1.2.按用途分類
1）加熱器加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒(méi)有發(fā)生相的變化。
2）預(yù)熱器預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。
3）過(guò)熱器過(guò)熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過(guò)熱狀態(tài)。
4）蒸發(fā)器蒸發(fā)器用于加熱流體，達(dá)到沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。
1.3.按結(jié)構(gòu)分類
可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。
二、換熱器的設(shè)計(jì)主要參數(shù)
下表為設(shè)計(jì)匯總：
按照此方法計(jì)算得到的殼內(nèi)徑應(yīng)圓整，標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表：
三、換熱器構(gòu)造及工作原理：
換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，即在一個(gè)大的密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容器內(nèi)有管道穿過(guò)。讓熱水從管道內(nèi)流過(guò)。由于管道內(nèi)熱水和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會(huì)形成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫物體的熱量總是向低溫物體傳遞，這樣就把管道里水的熱量交換給了容器內(nèi)的冷水，換熱器又稱熱交換器 。
四、機(jī)械結(jié)構(gòu)形式：
換熱器的分類良多，可以按傳熱原理、結(jié)構(gòu)和用途等進(jìn)行分類，按其結(jié)構(gòu)分類主要有管殼式和板式兩種。 根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式：
1.間壁式換熱器的類型
1）夾套式換熱器：這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí),亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施,以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補(bǔ)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(guò)程的加熱和冷卻。
2）沉浸式蛇管換熱器：這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀,并沉浸在容器內(nèi)的液體中.蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制造;其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低,管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù),容器內(nèi)可安裝攪拌器。
3）噴淋式換熱器：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)流動(dòng),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(dòng)程度較高的液膜,管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.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(dòng)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。
4）套管式換熱器：套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中,一種流體走管內(nèi),另一種流體走環(huán)隙,兩者皆可得到較高的流速,故傳熱系數(shù)較大.另外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能承受高壓,應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目). 特別是由于套管換熱器同時(shí)具備傳熱系數(shù)大,傳熱推動(dòng)力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),在超高壓生產(chǎn)過(guò)程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。
5）管殼式換熱器：管殼式(又稱列管式) 換熱器是最典型的間壁式換熱器,它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平行管束,管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動(dòng),其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng),其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù),通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束,使湍動(dòng)程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤(pán)形兩種,前者應(yīng)用更為廣泛.。流體在管內(nèi)每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程,每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體的速度,可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板,將全部管子平均分隔成若干組。這樣,流體可每次只通過(guò)部分管子而往返管束多次,稱為多管程。同樣,為提高管外流速,可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過(guò)殼體空間,稱多殼程。在管殼式換熱器內(nèi),由于管內(nèi)外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大, 換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上松脫。因此,當(dāng)管束和殼體溫度差超過(guò)50℃時(shí),應(yīng)采取適當(dāng) 的溫差補(bǔ)償措施,消除或減小熱應(yīng)力。
2.混合式換熱器
混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門(mén)中。 按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：
1）冷卻塔(或稱冷水塔)：在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過(guò)水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實(shí)際工程中得到了廣泛的使用。
2）氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)：在工業(yè)上用這種設(shè)備來(lái)洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多。空調(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，而且還可對(duì)其進(jìn)行加熱處理。但是，它也有對(duì)水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點(diǎn)：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用!
3）噴射式熱交換器：在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管?chē)姵�，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。
4）混合式冷凝器：這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。
3.蓄熱式換熱器：
蓄熱式換熱器用于進(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時(shí)用金屬波形帶等）。換熱分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，熱氣體通過(guò)火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來(lái)。第二階段，冷氣體通過(guò)火格子，接受火格子所儲(chǔ)蓄的熱量而被加熱。這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。通常用兩個(gè)蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進(jìn)入一器時(shí)，冷氣體進(jìn)入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。 蓄熱式換熱器一般用于對(duì)介質(zhì)混合要求比較低的場(chǎng)合。
五、附屬設(shè)備的選擇：
1.管道與殼體連接：管子在管板上固定依據(jù)是一定要確保管子和管板連接堅(jiān)固，不能在連接的位置出現(xiàn)問(wèn)題。因?yàn)椴僮魉鶋毫κ浅海虼诉x擇應(yīng)用脹接法。
2.管板和殼體連接：管板與殼體連接的形式主要分為兩方面，一種是可拆式，另一種是不可拆式。浮頭式的換熱器是依據(jù)管板自身不直接與殼體電焊連接，而是依據(jù)殼體上法蘭和管箱法蘭加持固定。殼體的設(shè)計(jì)壓力為101.3kPa 低于1MPa，并且殼體介質(zhì)是不容易燃燒和爆炸的，更不容易揮發(fā)且有毒的。因此依據(jù)殼體壁厚為10mm。
3.換熱器的封頭：選擇橢圓形封頭DN=600mm 選擇甲型平焊法蘭PN=0.6MPa，D=715mm、D1=680mm、D2=650mm、D3=640mm、D4=637mm，壁厚等于32mm，d=18mm。
4.拉桿的數(shù)量與直徑的選擇：換熱器的外徑為25mm，因此拉桿直徑為16mm，因?yàn)橹睆降扔?00mm 和16mm，結(jié)合表格可知拉桿數(shù)量為4 個(gè)。
5.導(dǎo)流筒：在殼程流體進(jìn)出口的管板中一定存在一段流體無(wú)法達(dá)到的死角，以此一般在管束外提升導(dǎo)流筒，促使流體出入殼程過(guò)程中一定會(huì)經(jīng)過(guò)這一區(qū)域，提升傳遞熱量的效果。因?yàn)�，壓力過(guò)低一般都會(huì)應(yīng)用引導(dǎo)流筒。
6.接管的選擇：殼程流筒進(jìn)入到接管處，獲取管內(nèi)液體流動(dòng)速度為2.4m/s，取接管的直徑為70mm。管程流體進(jìn)入到接管處，獲取管內(nèi)液體流動(dòng)速度為2.0m/s，取接管的直徑為200mm。
六、教學(xué)設(shè)備的推薦與介紹：
1、了解熱管換熱器的結(jié)構(gòu)。
2、可進(jìn)行熱管換熱器傳熱系數(shù)和熱效率計(jì)算。
二、熱管換熱器實(shí)驗(yàn)裝置,熱管換熱器實(shí)驗(yàn)設(shè)備,熱管換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要配置：
1、熱管換熱器，
2、加熱段風(fēng)道，
3、受熱段風(fēng)道，
4、冷、熱面引風(fēng)機(jī)，
5、風(fēng)速測(cè)量?jī)x，
6、加熱由固態(tài)調(diào)壓模塊無(wú)極調(diào)節(jié)，
7、萬(wàn)能信號(hào)輸入巡檢儀，
8、電流表，
9、電壓表，
10、熱電偶。
11、不銹鋼臺(tái)架等。
三、熱管換熱器實(shí)驗(yàn)裝置,熱管換熱器實(shí)驗(yàn)設(shè)備,熱管換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)技術(shù)參數(shù)：
1、輸入電源：?jiǎn)蜗郃C220V±10% 50Hz，功率500W。
2、低噪音軸流風(fēng)機(jī)，功率：100W，流量：300 m3/h。
4、翅片式熱管換熱器，尺寸 Φ20×41mm ，材質(zhì)304不銹鋼管。
5、溫度測(cè)量：測(cè)量系統(tǒng)配置有智能溫度控制儀表（PID調(diào)節(jié)控溫，精度 ±0.2℃），高精度PID調(diào)壓模塊電路。
6、外形尺寸：800×350×600mm
II型：增加帶標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的多路萬(wàn)能信號(hào)輸入巡檢儀，增加帶標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的數(shù)顯電流表電壓表，軟件等。
七、結(jié)束語(yǔ)：
總而言之，換熱器是工業(yè)換熱設(shè)備中重要的工作內(nèi)容，換熱器設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接影響其未來(lái)長(zhǎng)時(shí)間的安全性和發(fā)展性。
在實(shí)際發(fā)展中，結(jié)合以往操作過(guò)程中存在的問(wèn)題和需求進(jìn)行有效的分析，并且依據(jù)現(xiàn)階段市場(chǎng)環(huán)境和設(shè)備特點(diǎn)，提出有效的設(shè)計(jì)形式，以此滿足目前工業(yè)換熱設(shè)備需求，達(dá)到工作內(nèi)容的規(guī)定。
品牌理念 
標(biāo)準(zhǔn)流程 
有效溝通
專業(yè)管理
客戶視圖
優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)
品質(zhì)保證
無(wú)憂售后 