換熱器到底是什么？看完這篇文章就知道了! 

 一.換熱器的分類(lèi)

　　1.按換熱器的用途分類(lèi)

　　(1)加熱器：加熱器用于把流體加熱到所需的溫度，被加熱流體在加熱過(guò)程中不發(fā)生相變。

　　(2)預熱器：預熱器用于流體的預熱，以提高整套工藝裝置的效率。

　　(3)過(guò)熱器：過(guò)熱器用于加熱飽和蒸汽，使其達到過(guò)熱狀態(tài)。

　　(4)蒸發(fā)器：蒸發(fā)器用于加熱液體，使之蒸發(fā)汽化。

　　(5)再沸器：再沸器是蒸餾過(guò)程的專(zhuān)用設備，用于加熱已冷凝的液體，使之再受熱汽化。

　　(6)冷卻器：冷卻器用于冷卻流體，使之達到所需要的溫度。

　　(7)冷凝器：冷凝器用于冷凝飽和蒸汽，使之放出潛熱而凝結液化。

　　2.按換熱器傳熱面形狀和結構分類(lèi)

　　(1)管式換熱器：管式換熱器通過(guò)管子壁面進(jìn)行傳熱，按傳熱管的結構不同，可分為列管式換熱管、套管式換熱器、蛇管式換熱器等幾種。管式換熱器應用最廣。

　　(2)板式換熱器：板式換熱器通過(guò)板面進(jìn)行傳熱，按傳熱板的結構形式，可分為平板式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器和熱板式換熱器。

　　3.按換熱器所用材料分類(lèi)

　　(1)金屬材料換熱器：金屬材料換熱器是由金屬材料制成，常用金屬材料有碳鋼、合金鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等。由于金屬材料的熱導率較大，故該類(lèi)換熱器的傳熱效率較高，生產(chǎn)中用到的主要是金屬材料換熱器。

　　(2)非金屬材料換熱器：非金屬材料換熱器由非金屬材料制成，常用非金屑材料有石墨、玻璃、塑料以及陶瓷等。該類(lèi)換熱器主要用于具有腐蝕性的物料由于非金屬材料的熱導率較小，所以其傳熱效率較低。

　　二.換熱器結構與性能特點(diǎn)

　　(一)管式換熱器的結構形式

　　1．管殼式換熱器

　　管殼式換熱器又稱(chēng)列管式換熱器，是一種通用的標準換熱設備。它具有結構簡(jiǎn)單、堅固耐用、造價(jià)低廉、用材廣泛、清洗方便、適應性強等優(yōu)點(diǎn)，應用最為廣泛，在換熱設備中占據主導地位。管殼式換熱器根據結構特點(diǎn)分為以下幾種。

　　（1）固定管板式換熱器

　　它由殼體、管束、封頭、管板、折流擋板、接管等部件組成。其結構特點(diǎn)是，兩塊管板分別焊于殼體的兩端，管束兩端固定在管板上。整個(gè)換熱器分為兩部分：換熱管內的通道及與其兩端相貫通處稱(chēng)為管程；換熱管外的通道及與其相貫通處稱(chēng)為殼程。冷、熱流體分別在管程和殼程中連續流動(dòng)，流經(jīng)管程的流體稱(chēng)為管（管程）流體，流經(jīng)殼程的流體稱(chēng)為殼（殼程）流體。

　　若管流體一次通過(guò)管程，稱(chēng)為單管程。當換熱器傳熱面積較大，所需管子數目較多時(shí)，為提高管流體的流速，常將換熱管平均分為若干組，使流體在管內依次往返多次，則稱(chēng)為多管程。管程數 可為2、4、6、8， 太大，雖提高了管流體的流速，從而增大了管內對流傳熱系數，但同時(shí)會(huì )導致流動(dòng)阻力增大。因此，管程數不宜過(guò)多，通常以2、管程最為常見(jiàn)。

　　殼流體一次通過(guò)殼程，稱(chēng)為單殼程。為提高殼流體的流速，也可在與管束軸線(xiàn)平行方向放置縱向隔板使殼程分為多程。殼程數 即為殼流體在殼程內沿殼體軸向往、返的次數。

　　分程可使殼流體流速增大，流程增長(cháng)，擾動(dòng)加劇，有助于強化傳熱。但是，殼程分程不僅使流動(dòng)阻力增大，且制造安裝較為困難，故工程上應用較少。為改善殼程換熱，通常采用折流擋板，通過(guò)設置折流擋板，以達到實(shí)現強化傳熱的目的。

　　固定管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、緊湊。在相同的殼體直徑內，排管數最多，旁路最少；每根換熱管都可以進(jìn)行更換，且管內清洗方便。其缺點(diǎn)是殼程不能進(jìn)行機械清洗；當換熱管與殼體的溫差較大（大于50℃）時(shí)產(chǎn)生溫差應力，需在殼體上設置膨脹節，因而殼程壓力受膨脹節強度的限制不能太高。固定管板式換熱器適用于殼方流體清潔且不易結垢，兩流體溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的場(chǎng)合。

　　（2）浮頭式換熱器

　　浮頭式換熱器浮其結構特點(diǎn)是兩端管板之一不與殼體固定連接，可在殼體內沿軸向自由伸縮，該端稱(chēng)為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是當換熱管與殼體有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì )產(chǎn)生溫差應力；管束可從殼體內抽出，便于管內和管間的清洗。其缺點(diǎn)是結構較復雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板之間若密封不嚴，發(fā)生內漏，造成兩種介質(zhì)的混合。浮頭式換熱器適用于殼體和管束壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結垢的場(chǎng)合。

　　（3）U 型管式換熱器

　　U 型管式換熱器其結構特點(diǎn)是只有一個(gè)管板，換熱管為 U 型，管子兩端固定在同一管板上。管束可以自由伸縮，當殼體與 U 型換熱管有溫差時(shí)，不會(huì )產(chǎn)生溫差應力。U 型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，只有一個(gè)管板，密封面少，運行可靠，造價(jià)低；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內清洗比較困難；由于管子需要有一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內層管間距大，殼程易短路；內層管子壞了不能更換，因而報廢率較高。U 型管式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結垢，而管程介質(zhì)清潔不易結垢以及高溫、高壓、腐蝕性強的場(chǎng)合。一般高溫、高壓、腐蝕性強的介質(zhì)走管內，可使高壓空間減小，密封易解決，并可節約材料和減少熱損失。

　　（4）填料函式換熱器

　　填料函式換熱器其結構特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會(huì )產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結構較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)低；管束可從殼體內抽出，管內、管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函耐壓不高，一般小于4.0MPa；殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外漏，對易燃、易爆、有毒和貴重的介質(zhì)不適用。填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結垢，需經(jīng)常清理且壓力不高的場(chǎng)合。

　　（5）釜式換熱器

　　釜式換熱器結構特點(diǎn)是在殼體上部設置適當的蒸發(fā)空間，同時(shí)兼有蒸汽室的作用。管束可以為固定管板式、浮頭式或 U 型管式。釜式換熱器清洗維修方便，可處理不清潔、易結垢的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。它適用于液-汽式換熱，可作為最簡(jiǎn)結構的廢熱鍋爐。

　　管殼式換熱器除上述五種外，還有插管式換熱器、滑動(dòng)管板式換熱器等其它類(lèi)型。

　　2．蛇管式換熱器

　　蛇管式換熱器是管式換熱器中結構最簡(jiǎn)單，操作最方便的一種換熱設備。通常按照換熱方式不同，將蛇管式換熱器分為沉浸式和噴淋式兩類(lèi)。

　?。?）沉浸式蛇管換熱器此種換熱器多以金屬管彎繞而成，制成適應容器的形狀，沉浸在容器內的液體中。兩種流體分別在管內、管外進(jìn)行換熱。幾種常用的蛇管形狀。

　　沉浸式蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、便于防腐蝕、能承受高壓。其缺點(diǎn)是由于容器的體積較蛇管的體積大得多，管外流體的傳熱膜系數較小，故常需加攪拌裝置，以提高其傳熱效率。

　?。?）噴淋式蛇管換熱器，此種換熱器多用于冷卻管內的熱流體。固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，熱流體自下部的管進(jìn)入，由上部的管流出。冷卻水由管上方的噴淋裝置中均勻地噴灑在上層蛇管上，并沿著(zhù)管外表面淋瀝而下，降至下層蛇管表面，最后收集在排管的底盤(pán)中。該裝置通常放在室外空氣流通處，冷卻水在空氣中氣化時(shí)，可帶走部分熱量，以提高冷卻效果。

　　與沉浸式蛇管換熱器相比，噴淋式蛇管換熱器具有檢修清理方便，傳熱效果好等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是體積龐大，占地面積大；冷卻水量較大，噴淋不易均勻。蛇管換熱器因其結構簡(jiǎn)單、操作方便、常被用于制冷裝置和小型制冷機組中。

　　3．套管式換熱器

　　套管式換熱器是由兩種不同直徑的直管套在一起組成同心套管，其內管用U型肘管順次連接，外管與外管互相連接而成的，其構造如圖片4-43所示。每一段套管稱(chēng)為一程，程數可根據傳熱面積要求而增減。換熱時(shí)一種流體走內管，另一種流體走環(huán)隙，內管的壁面為傳熱面。

　　套管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單；能耐高壓；傳熱面積可根據需要增減；適當地選擇管內、外徑，可使流體的流速增大，且兩種流體呈逆流流動(dòng)，有利于傳熱。其缺點(diǎn)是單位傳熱面積的金屬耗量大；管子接頭多，檢修清洗不方便。此類(lèi)換熱器適用于高溫、高壓及小流量流體間的換熱。

　?。ǘ┌迨綋Q熱器的結構形式

　　1．平板式換熱器

　　平板式換熱器簡(jiǎn)稱(chēng)板式換熱器，其結構如圖片4-46所示。它是由一組長(cháng)方形的薄金屬板平行排列，夾緊組裝于支架上面構成。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片，壓緊后板間形成密封的流體通道，且可用墊片的厚度調節通道的大小。每塊板的四個(gè)角上，各開(kāi)一個(gè)圓孔，其中有兩個(gè)圓孔和板面上的流道相通，另兩個(gè)圓孔則不相通。它們的位置在相鄰板上是錯開(kāi)的，以分別形成兩流體的通道。冷、熱流體交替地在板片兩側流動(dòng)，通過(guò)金屬板片進(jìn)行換熱。

　　板片是板式換熱器的核心部件。為使流體均勻流過(guò)板面，增加傳熱面積，并促使流體的湍動(dòng)，常將板面沖壓成凹凸的波紋狀，波紋形狀有幾十種，常用的波紋形狀有水平波紋、人字形波紋和圓弧形波紋等。

　　板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結構緊湊，單位體積設備所提供的換熱面積大；組裝靈活，可根據需要增減板數以調節傳熱面積；板面波紋使截面變化復雜，流體的擾動(dòng)作用增強，具有較高的傳熱效率；拆裝方便，有利于維修和清洗。其缺點(diǎn)是處理量??；操作壓力和溫度受密封墊片材料性能限制而不宜過(guò)高。板式換熱器適用于經(jīng)常需要清洗、工作環(huán)境要求十分緊湊，工作壓力在2.5 MPa以下，溫度在 -35℃~200℃場(chǎng)合。

　　2．螺旋板式換熱器

　　螺旋板式換熱器如圖片4-48所示，它是由兩張間隔一定的平行薄金屬板卷制而成的。兩張薄金屬板形成兩個(gè)同心的螺旋型通道，兩板之間焊有定距柱以維持通道間距，在螺旋板兩側焊有蓋板。冷、熱流體分別通過(guò)兩條通道，通過(guò)薄板進(jìn)行換熱。

　　螺旋板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是螺旋通道中的流體由于慣性離心力的作用和定距柱的干擾，在較低雷諾數下即達到湍流，并且允許選用較高的流速，故傳熱系數大；由于流速較高，又有慣性離心力的作用，流體中懸浮物不易沉積下來(lái)，故螺旋板式換熱器不易結垢和堵塞；由于流體的流程長(cháng)和兩流體可進(jìn)行完全逆流，故可在較小的溫差下操作，能充分利用低溫熱源；結構緊湊，單位體積的傳熱面積約為管殼式換熱器的3倍。其缺點(diǎn)是：操作溫度和壓力不宜太高，目前最高操作壓力為2MPa，溫度在400℃以下；因整個(gè)換熱器為卷制而成，一旦發(fā)現泄漏，維修很困難。

　　3．熱板式換熱器

　　熱板式換熱器是一種新型高效板面式換熱器，其傳熱基本單元為熱板。其成型方法是按等阻力流動(dòng)原理，將雙層或多層金屬平板點(diǎn)焊或滾焊成各種圖形，并將邊緣焊接密封組成一體。平板之間在高壓下充氣形成空間，實(shí)現最佳流動(dòng)狀態(tài)的流道結構形式。各層金屬板的厚度可以相同，亦可以不同，板數可以為雙層或多層，這樣就構成了多種熱板傳熱表面形式，如不等厚雙層熱板、等厚雙層熱板、三層不等厚熱板、四層等厚熱板等，設計時(shí)，可根據需要選取。

　　熱板式換熱器具有最佳的流動(dòng)狀態(tài)，阻力小，傳熱效率高；根據工程需要可制造成各種形狀，亦可根據介質(zhì)的性能選用不同的板材。熱板式換熱器可用于加熱、保溫、干燥、冷凝等多種過(guò)程，作為一種新型的換熱器，具有廣闊的應用前景。

　?。ㄈ峁軗Q熱器的結構形式

　　以熱管為傳熱單元的熱管換熱器是一種新型高效換熱器，它是由殼體、熱管和隔板組成的。熱管作為主要的傳熱元件，是一種具有高導熱性能的傳熱裝置。它是一種真空容器，其基本組成部件為殼體、吸液芯和工作液。將殼體抽真空后充入適量的工作液，密閉殼體便構成一只熱管。當熱源對其一端供熱時(shí)，工作液自熱源吸收熱量而蒸發(fā)汽化，攜帶潛熱的蒸汽在壓差作用下，高速傳輸至殼體的另一端，向冷源放出潛熱而凝結，冷凝液回至熱端，再次沸騰汽化。如此反復循環(huán)，熱量乃不斷從熱端傳至冷端。

　　熱管示意圖

　　熱管按冷凝液循環(huán)方式分為吸液芯熱管、重力熱管和離心熱管三種。吸液芯熱管的冷凝液依毛細管的作用回到熱端，這種熱管可以在失重情況下工作；重力熱管的冷凝液是依靠重力流回熱端，它的傳熱具有單向性，一般為垂直放置離心熱管是靠離心力使冷凝液回到熱端，通常用于旋轉部件的冷卻。

　　熱管按工作液的工作溫度分為深冷熱管、低溫熱管、中溫熱管和高溫熱管四種。深冷熱管在200K以下工作，工作液有氮、氫、氖、氧、甲烷、乙烷等；低溫熱管在 200~550K 范圍內工作，工作液有氟里昂、氨、丙酮、乙醇、水等；中溫熱管在550~750K范圍內工作，工作液有導熱姆A、水銀、銫、水及鉀─鈉混合液等；高溫熱管在750K 以上工作，工作液有液態(tài)金屬鉀、鈉、鋰、銀等。

　　熱管的傳熱特點(diǎn)是熱管中的熱量傳遞通過(guò)沸騰汽化、蒸汽流動(dòng)和蒸汽冷凝三步進(jìn)行，由于沸騰和冷凝的對流傳熱強度都很大，而蒸汽流動(dòng)阻力損失又較小，因此熱管兩端溫度差可以很小，即能在很小的溫差下傳遞很大的熱流量。因此，它特別適用于低溫差傳熱及某些等溫性要求較高的場(chǎng)合。熱管換熱器具有結構簡(jiǎn)單、使用壽命長(cháng)、工作可靠、應用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可用于氣─氣、氣─液和液─液之間的換熱過(guò)程。