化工生产换热器基本知识

换热设备分类及特点按作用原理或传热方式直接接触换热器蓄热式换热器间壁式换热器中间载热体式换热器换热设备分类及特点直接接触换热器

又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。如冷却塔、气压冷凝器等。直接接触式换热器具有传热效率高、单位容积提供的传热面积大、设备结构简单、价格便宜等优点，但仅适合工艺上允许两种流体混合的场合。热流体冷流体热流体冷流体换热设备分类及特点蓄热式换热器

又称回热式换热器，它是借助于由固体（如固体填料或多孔性格子砖等）构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。若两种流体不允许有混合，则不能采用蓄热式换热器。热流体冷流体热流体冷流体载热体换热设备分类及特点间壁式换热器

又称表面式换热器，它是利用间壁（固体壁面）将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。是工业中应用最为广泛的换热器。热流体冷流体热流体冷流体换热设备分类及特点中间载热体式换热器

这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器，载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器。管壳式换热器按结构特点结构简单、紧凑造价低固定管板式承受较高压力清洗、更换方便浮头式U形管式填料函式釜式重沸器产生热应力温差不大不易结垢清洗方便无热应力结构复杂造价高制造时密封要求高结构简单无热应力布管少报废率高承压能力强轴向自由伸缩无热应力产生泄露物料有限制结构简单承受高温、高压无热应力成本高结构复杂清洗方便固定管板式换热器

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固定管板式换热器结构如上图所示，换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。

其缺点是壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对于较脏或对材料有腐蚀性的介质不能走壳程。壳体与换热管温差应力较大，当温差应力很大时，可以设置单波或多波膨胀节减小温差应力。浮头式换热器

浮头式换热器结构如图所示，其一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程都要进行清洗的工况。

浮头式换热器的缺点是结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能。U形管式换热器

上图为双壳程U形管式换热器。U形管式换热器是将换热管弯成U形，管子两端固定在同一块管板上。由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。因U形管式换热器仅有一块管板，所以结构较简单，管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗稍困难，所以管内介质必须清洁且不易结垢。U形管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。

壳程可设置纵向隔板，将壳程分为两程(如图中所示)。填料函式换热器

上图为填料函式双管程双壳程换热器，填料函式换热器的换热管束可以自由滑动，壳侧介质靠填料密封。对于一些壳体与管束温差较大，腐蚀严重而需经常更换管束的换热器，可采用填料函式换热器。它具有浮头换热器的优点，又克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修清洗。

填料函式换热器的缺点：使用直径小；不适于高温、高压条件下；壳程介质不适于易挥发、易燃、易爆、有毒等介质。管壳式换热器结构管壳式换热器型式材料换热管尺寸管排列形式及中心距管板管箱管束分程换热管与管板连接平面形椭圆形蝶形管板结构光管球形绕性薄管板单双强度胀强度焊三胀焊并用弓形圆盘-圆环旁路挡板挡管管程结构管板材料壳体折流板或折流杆纵向隔板壳程结构防短路结构拉杆防冲挡板中间挡板翅片管螺旋槽管螺纹管换热管换热器排列形式正三角形转角三角形正方形转角正方形30º60º90º45º管板管板材料选择管板材料时，除力学性能外，还应考虑管程和壳程流体的腐蚀性，以及管板和换热管之间的电位差对腐蚀的影响。当流体无腐蚀性或有轻微腐蚀性时，管板一般采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造。

当流体腐蚀性较强时，管板应采用不锈钢、铜、铝、钛等耐腐蚀材料。但对于较厚的管板，若整体采用价格昂贵的耐腐蚀材料，造价很高。工程上常采用不锈钢+钢、钛+钢、铜+钢等复合板，或堆焊衬里。管板管板结构薄管板结构形式（a）（b）（c）（d）管板管板结构在满足强度的前提下，应尽量减少管板厚度。薄管板顾名思义是指相对采用标准、规范（如GB151《管壳式换热器》、美国管式换热器制造商协会标准TEMA）计算所得的管板厚度要薄的多的管板，一般厚度为8-20mm。目前薄管板主要有平面形、椭圆形、蝶形、球形、撓性薄管板等形式，最为常用的是平面形薄管板。管箱和管束分程管箱壳体直径较大的换热器大多采用管箱结构。管箱位于管壳式换热器的两端，管箱的作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到各换热管和把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还起改变流体流向的作用。管箱的结构形式主要以换热器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素来决定。管束分程在管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个管程。在管壳式换热器中，最简单最常用的是单管程的换热器。换热管和管板连接1.强度胀强度胀是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。常用的胀接有非均匀胀接（机械滚珠胀接）和均匀胀接（液压胀接、液袋胀接、橡胶胀接和爆炸胀接等）两大类。换热管与管板连接是管壳式换热器设计、制造最关键的技术之一，是换热器事故率最多的部位。换热管与管板连接的好坏，直接影响换热器的使用寿命。机械滚珠胀接是最早的胀接方法，目前仍大量使用。强度胀接主要适用于设计压力小于等于4.0MPa；设计温度小于等于300ºC；操作中无剧烈振动、无过大温度波动及无明显应力腐蚀等场合。换热管和管板连接2.强度焊强度焊接是指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接。此法目前应用较为广泛。由于管孔不需要开槽，且对管孔的粗糙度要求布告，管子端部不需要退火和磨光，因此制造加工简单。焊接结构强度高，抗拉脱力强。在高温下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。除有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，只要材料可焊性好，强度焊接可用于其他任何场合。管子与薄管板