1、换热器换热的类型，除前面介绍的按换热方法不同分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器 3 种外。还可按其他方式进行分类。一 、 按换热器的用途分类(1)加热器 加热器用于把流体加热到所需的温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。(2)预热器 预热器用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。(3)过热器 过热器用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。(4)蒸发器 蒸发器用于加热液体，使之蒸发汽化。(5)再沸器 再沸器是蒸馏过程的专用设备，用于加热已冷凝的液体，使之再受热汽化。(6)冷却器 冷却器用于冷却流体，使之达到所需要的温度。(7)冷凝器 冷凝器用于冷凝饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化。
2、二、 按换热器传热面形状和结构分类(1)管式换热器 管式换热器通过管子壁面进行传热，按传热管的结构不同，可分为列管式换热管、套管式换热器、蛇管式换热器和翅片管式换热器等几种。管式换热器应用最广。(2)板式换热器 板式换热器通过板面进行传热，按传热板的结构形式，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和热板式换热器。(3)特殊形式换热器 这类换热器是指根据工艺特殊的要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式换热器、热管式换热器等。三、 按换热器所用材料分类(1)金属材料换热器 金属材料换热器是由金属材料制成，常用金属材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。由于金属材料的
3、热导率较大，故该类换热器的传热效率较高，生产中用到的主要是金属材料换热器。(2)非金属材料换热器 非金属材料换热器由非金属材料制成，常用非金屑材料有石墨、玻璃、塑料以及陶瓷等。该类换热器主要用于具有腐蚀性的物料由于非金属材料的热导率较小，所以其传热效率较低。四、 换热器结构与性能特点(一) 管式换热器(1)列管换热器 列管换热器又称管壳式换热器，是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、单位体积换热面积大、坚固耐用、用材广泛、清洗方便适用性强等优点，在生产中得到广泛应用，在换热设备中占主导地位。列管式换热器根据结构特点分为以下几种。1)固定管板式换热器 图 96 展示了其详细结构。此种换热器的
4、结构特点是两块管板分别焊壳体的两端，管束两端固定在两管板上，其优点是结构简单、紧凑、管内便于清洗。其缺点是壳程不能进行机械清洗，且当壳体与换热管的温差较大(大于 50)时，产生的温差应力(又叫热应力)具有破坏性。需在壳体上设置膨胀节，受膨胀节强度限制壳程不能太高。固定管板式换热器适用于壳方流体清洁不结垢，两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。2)浮头式换热器 浮头式换热器的结构如图 9?所示。其结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接。可以在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。此种换热器的优点是当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从管内抽出，
5、便于管内和管间的清洗。其缺点是结构复杂，用材量大，造价高。浮头式换热器适用于壳体温差较大或壳程流体容易结垢的场合。3)U 形管式换热器 U 形管式换热器的结构如图 98 所示，其结构特点是只有一个管板，管子成 U 形，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当壳体与管子有温差时，不会产生温差应力。U 形管式换热器的优点是结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低，管间清洗较方便。其缺点是管内清洗较困难，可排管子数目较少，管束最内层管间距大，壳程易短路。U 形管式换热器适用于管、壳程温差较大或壳程介质是易结垢而管程介质不易结垢的场合。 4)填料函式换热器 填料函式换热器的结构如图 9
6、9 所示。其结构特点是管板上只有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生温差应力。该换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，造价低；管束可以从壳体内抽出，管、壳程均能进行清洗。其缺点是填料耐压不高，一般小于 4.0MPa；壳程介质可能通过填料函外漏。填料函式换热器适用于管、壳程温差较大或介质结垢需经常清洗且壳程压力不高的场合。5)釜式换热器 釜式换热器的结构如图 910 所示。其结构特点是在壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定管板式、浮头式或 U 形管式。釜式换热器清洗方便，并能承受高温、高压。它适用于液汽(气)式换热(其中液体沸腾汽化)，可作为简单的废热锅炉。(2)套管
7、换热器 套管换热器是由两种直径不同的管套在一起组成同心套管，然后将若干段这样的套管连接而成，其结构如图911 所示。每一段套管称为一程，程数可根据所需传热面积的多少而增减。套管换热器的优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减。其缺点是单位传热面积的金属耗量大，管子接头多，检修清洗不方便。此类换热器适用于高温，高压及流量较小的场合。(3)蛇管换热器 蛇管换热器根据操作方式不同，分为沉浸式和喷淋式两类。1)沉浸式蛇管换热器 此种换热器通常以金属管弯绕而成，制成适应窗口的形状，沉浸在容器内的液体中，管内流体与容器内液体隔着管壁进行换热。几种常用的蛇管形状如图 912 所示。此类换热器的优点是
8、结构简单，造价低廉，便于防腐，能承受高压。其缺点是管外对流传热系数小，常需加搅拌装置，以提高传热系数。2)喷淋式蛇管换热器 喷淋式蛇管换热器的结构如图 913 所示。此类换热器常用于用冷却水冷却管内热流体。各排蛇管均垂直地固定在支架上，蛇管排数根据所需传热面积的多少而定。热流体自下部总管流入各排蛇管，从上部流出再汇入总管。冷却水由蛇管上方的喷淋装置均匀地喷洒在各排蛇管上，并沿着管外表面淋下，该装置通常置于室外通风处，冷却水在空气中汽化时，可以带走部分热量，以提高冷却效果。与沉浸式蛇管换热器相比，喷淋式蛇管换热器具有检修清洗方便、传热效果好等优点。(4)翅片管换热器 翅片管换热器又称管翅式换热器
9、，其结构特点是在换热管的外表面或内表面或同时装有许多翅片。常用翅片有纵向和横向两类，如图 914 所示。化工生产中常遇到气体的加热或冷却问题，因气体的对流传热系数较小，所以当换热的另一方为液体或发生相变时，换热器的传热热阻主要在气体一侧。此时，在气体一侧设置翅片，既可增大传热面积，又可增加气体的湍动程度，减少气体侧的热阻，提高了传热效率。一般当两流体的对流传热系数之比超过 3:1 时，可采用翅片换热器。工业上常用翅片换热器作为空气冷却器，用空气代替水，不仅可在缺水地区使用，即使在水源充足的地方也较经济。(二) 板式换热器(1)夹套换热器 夹套换热器的结构如图 915 所示。它由一个装在容器外部
10、的夹套构成，容器内的物料和夹套内的加热剂或冷却剂隔着器壁进行换热，器壁就是换热器的传递面。其优点是结构简单，容易制造，可与反应器或窗口构成一个整体。其缺点是传热面积小；器内流体处于自然对流状态，传热效率低；夹套内部清洗困难。夹套内的加热剂和冷却剂一般只能使用不易结垢的水蒸气、冷却水和氨等。夹套内通蒸汽时，应从上部进入，冷凝水从底部排出；夹套内通液体载热体时，应从底部进入，从上部流出。制造夹套换热器时，由于夹套会进行水压强度试验，因此要防止夹套制造中底部连管高出造成夹套底部积水(液)，热载体进入夹套时汽化发生爆炸。(2)平板式换热器 平板式换热器简称板式换热器，其结构如图 916 所示。它是由若
11、干长方形薄金属板叠加排列，夹紧组装于支架上构成。两相邻板的边缘衬有垫片，压紧后板间形成流体通道。每块板的四个角上各开一个孔，借助于垫片的配合，使两流体分别从同一块板的两侧流过，通过板面进行换热。除了两端的两板面外，每一块板面都是传热面，可根据所需传热面积的变化，增减板的数量，板片是板式换热器的核心部件。为使液体均匀流动，增大传热面积，促使流体湍动，常将板面冲压成各种凹凸的波纹状，常见的波纹形状有水平波纹、人字形波纹和圆弧形波纹等，如图 917 所示。板式换热器的优点是结构紧凑，单位体积设备提供的传热面积大；组装灵活，可随时增减板数；板面波纹使液体湍动程度增强，从而具有较高的传热效率，装拆方便，
12、有利于清洗和维修。其缺点是处理量小，受垫片材料性能的限制操作压力和温度不能过高。此类换热器适用于需要经常清洗、工作环境要求十分紧凑、操作压力在 25MPa 以下，温度在 35200的场合。(3)螺旋板式换热器 螺旋板式换热器的结构如图 918 所示。它是由焊在中心隔板上的两块金属薄板卷制而成，两薄板之间形成螺旋形通道，两板之间焊有定数量的定距撑以维持通道间距，两端用盖板焊死。两流体分别在两通道内流动隔着薄板进行换热。其中一种流体由外层的一个通道流人，顺着螺旋通道流向中心，最后由中心的接管流出；另一种流体则由中心的另一个通道流入，沿螺旋通道反方向向外流动，最后由外层接管流出。两流体在换热器内作逆
13、流流动。螺旋板式换热器结构紧凑；单位体积设备提供的传热面积大，约为列管换热器的 3 倍；流体在换热器内作严格的逆流流动，可在较小的温差下操作，能充分利用低温能源；由于流向不断改变，且允许选用较高流速，故传热系数大，约为列管换热器的 12倍，又由于流速较高，同时有惯性离心力作用，污垢不易沉积。其缺点是制造和检修都比较困难；流动阻力大，在同样物料和流速下，其流动阻力约为直管的 34 倍，操作压强和温度不能太高，一般压强在 2MPa 以下，温度则不能超过 400。(4)板翅式换热器 板翅式换热器为单元体叠加结构，其基本单元体由翅片、隔板及封条组成，如图 9”(a)所示。翅片上下放置隔板，两侧边缘由封
14、条密封，并用钎焊焊牢，即构成一个翅片单元体。将一定数量的单元体组合起来，并进行适当排列，然后焊在带有进出口的集流箱上，便可构成具有逆流、错流或错逆流等多种形式的换热器，如图 919(b)、(c)、(d)所示。板翅式换热器的优点是结构紧凑，单位体积设备具有的传热面积大；一般用铝合金制造，轻巧牢固；由于翅片促进了流体湍动，其传热系数很高；由于所用铝合金材料，在低温和超低温下仍具有较好的导热性和抗拉强度，故可在-273200C 范围内使用；同时因翅片对隔板有支撑作用，其允许操作压力也较高，可达 5MPa。其缺点是易堵塞，流动阻力大；清洗检修困难。故要求介质洁净，同时对铝不腐蚀。(5)热板式换热器 热
15、板式换热器是一种新型高效换热器，其基本单元为热板，热板结构如图 920 所示。这是将两层或多层金属平板点焊或滚焊成各种图形，并将边缘焊接密封成一体。平板之间在高压下充气形成空间，得到最佳流动状态的流道形式。各层金属板厚度可以相等，也可以不相等，板数可以为双层，也可以为多层，这样就构成了多种热板传热表面形式。热板式换热器具有流动阻力小，传热效率高，根据需要可做成各种开关等优点，可用于加热、保温、干燥、冷凝等多种场合。作为一种新型换热器，具有广阔的应用前景。(三) 热管换热器热管换热器是用一种称为热管的新型换热元件组合而成的换热装置。热管的种类很多，但其基本结构和工作原理基本相同。以吸液芯热管为例
16、，如图 921 所示，在一根密闭的金属管内充以适量的工作液，紧靠管子内壁处装有金属丝网或纤维等多孔物质，称为吸液芯。全管沿轴向分 3 段：蒸发段(又称热端)、绝热段(又称蒸汽输送段)和冷凝段(又称冷端)。当热流体从管外流过时，热量通过管壁传给工作液，使其汽化，蒸汽沿管子的轴向流动，在冷端向冷流体放出潜热而凝结，冷凝液在吸液芯内流回热端，再从热流体处吸收热量而汽化。如此反复循环，热量便不断地从热流体传给冷流体。热管按冷凝液循环方式分为吸液芯热管、重力热管和离心热管 3 种，吸液芯热管的冷凝液依靠毛细管力回到热端，重力热管的冷凝液是靠重力流回热端，离心热管的冷凝液则依靠离心力流回热端。热管按工作液
17、的工作温度范围分为 4 种：深冷热管，在 200K 以下工作,工作液有氮、氢、氖、甲烷、乙烷等；低温热管，在200550K 范围内工作，工作液有氟里昂、氨、丙酮、乙醇、水等；中温热管，在 550750K 范围内工作，工作液有导热姆 A、水银、铯、水、钾钠混合液等；高温热管，在?50K 以上范围内工作，工作液有钾、钠、锂、银等。目前使用的热管换热器多为箱式结构，如图 922 所示。把一组热管合成一个箱形，中间用隔板分为热、冷两个流体通道，一般热管外壁上装有翅片，以强化传热效果。热管换热器的传热特点是热量传递汽化、蒸汽流动和冷凝三步进行，由于汽化和冷凝的对流强度都很大，蒸汽的流动阻力又较小，因此热
18、管的传热热阻很小，即使在两端温度差很小的情况下，也能传递很大的热流量。因此，它特别适用于低温差传热的场合。热管换热器具有传热能力大，结构简单、工作可靠等优点，展现出很广阔的应用前景。图 923 为热管换热器的两个应用实例。五、 换热器安全运行分析为了保证换热器长久正常运转，必须正确操作和使用换热器，并重视对设备的维护、保养和检修，将预防性维护摆在首位，强调安全预防，减少任何可能发生的事故，这就要求我们掌握换热器的基本操作方法、运行特点和维护经验。(一) 换热器的操作(1)换热器的正常使用投产前应检查压力表、温度计、液位计以及有关阀门是否齐全好用。输进蒸汽前先打开冷凝水排放阀门，排除积水和污垢；打开放空阀，排除空气和其他不凝性气体。
