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基础知识—换热器 方志勇 换 热 设 备 换热器的工业背景 在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。换热器作为工艺过程中必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、化工、动力、机械、冶金等工程领域中。据统计，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10％～20％。在现代石油化工企业中换热器投资约占建设总投资的 30% ～ 40%。由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着很重要的影响。 换 热 器 分 类 换热器 板 式 管 式 管 壳 式 板 片 式 螺 旋 板 式 板 翅 式 套 管 式 盘 管 式 排 管 式 固 定 管 板 式 填 料 函 式 U 型 管 式 浮 头 式 固定管板换热器的两端管板，采用焊接方法与壳体连接固定。其结构简单，制造成本低，能得到最小的壳体内径，管程可分成多样，规格范围广，故在工程中广泛应用。缺点是壳程不能清洗，检查困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不能采用。它宜用于壳体与管子温差小，壳程压力不高以及壳程结垢不严重或能用化学清洗的场合。在热膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因温差产生的热应力。 固定管板换热器 带膨胀节的列管换热器 浮头式换热器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。壳体和管子对热膨胀是自由的，当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。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、清洗提供了方便。但结构较复杂，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以在安装时要特别注意其密封。 浮头式 管程分布： U形管换热器是将管子弯成U形，管子两端固定在同一块管板上。由于壳体与管子分开，可以不考虑热膨胀。因U形管式所以结构简单，造价比其他换热器便宜，管束可以从壳换热器仅有一块管板，且无浮头，体内抽出管外便于清洗，但管内清洗比较困难，所以管内的介质必须清洁或不易结垢的物料。缺点：由于管束中心部分存在空隙，所以流体易走短路，影响传热效果。U形管的弯管部分曲率不同，管子长度不一，因而物料分布不如固定管板式换热器均匀。U形管式换热器一般用于高温高压的情况下，当使用在压力较高的环境时，弯管段的壁厚要加厚，弥补弯管后管壁的减薄。 U型管换热器 空气冷却器 翅片管结构示意图： 翅片的作用： 风机：提高空气流速。 优点：省水。 缺点：设备庞大，消耗动力。 空气冷却器的特点： 增加传热面积及管外流体的湍动程度。 板翅式换热器是一种新型紧凑式换热器。国外从四十年代就开始研制，最初英国将其用作航空发动机的散热器。之后，美、日、德、法、英、苏联等主要工业国家都对板翅式换热器作了大量研究工作。我国是从六十年代初期开始试制的。目前，我国已能生产多种规格的板翅式换热器，可满足对流、错流、逆流、错逆流和多股流换热，可进行气－液、气－气、液－液间的冷却、冷凝和蒸发等换热过程，广泛应用与空分、石油化工、航空、车辆和船舶等方面。 特点：1、传热效率高 2、结构紧凑、质量轻，对于铝制板翅式换热器而言，单位体积的传热面积为1500～2500m2/m3，相当于管壳式换热器的8－20倍，重量仅为相同换热面积的管壳式换热器的1/10。3、适应范围广，4、制造工艺复杂，要求严格 5、容易堵塞，清洗和检修较困难，若因腐蚀产生内漏，则很难修理。 板翅式换热器 套管式换热器是将传热管（内管）以同心圆状插入外管中，它的传热面积是由成组排列的管子所组成，从上到下、从左至右由许多U形弯头连接在一起，然后采用角钢或槽钢焊成支架，组装而成。套管式换热器一般适用于传热面积较小的场合，它比同样传热面积的管壳式换热器所需的空间容积要大，但其结构简单，制造方便等优点而广泛的用作冷却装置。 套管式换热器