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第八章 热质交换设备 第一节 概 述 热质交换设备是将热量以一定的传热方式从热流体传递冷流体的设备，其间，可能伴随着质量的传递。热质交换设备广泛应用于工业生产中。如 制冷中的冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、中间冷却器、冷凝蒸发器、回热器以及冷水塔等，气体液化、分离中的精馏塔，低温技术中的蓄热器； 电厂中锅炉（省煤器、水冷壁、过热器、再热器、空气预热器）、除氧器、高低压加热器、凝汽器等。 另外，在轻工业、纺织工业、造纸、钢铁、食品加工工业等，都要大量使用热质交换设备。 换热器的传热性能对装置的经济性影响很大。热交换器的种类多，下面分别讨论。 第二节 表面式换热器 在表面式换热器中，冷、热流体在固体壁面的两侧流动，热量通过壁面进行热传递。表面式换热器又分管壳式、板式、翅片管式、板翅式、旋板式和热管式换热器等。 一、管壳式换热器 特点：有圆形外壳，内装平行 管束，管内通道部分称为管程， 管外面与壳体内表面之间的通流部分称为壳程或管间。冷、热流体分别流过管程和壳程，通过壁面实现热交换。 优点：结构简单、造价低廉、选材范围广，清洗方便、适应性强。容量大、适应高温、高压能力强，应用广泛。又有三种形式： 1. 固定管壳式换热器 （1）结构：图8-1为卧式固定管 壳式换热器的示意图，钢制圆形外壳，两端焊有固定管板，在管板上开有小孔一安装传热管束。管孔与管束采用胀接、焊接及铺锡焊。冷、热流体分别在管内和管间流动。图8-1所示固定管壳式换热器是用冷却水来冷却石油气、天然气、制冷剂蒸汽。 管侧流程有二流程、四流程、六流程以提高冷却水的流速。冷却水在管内流动，原料气在管间流动。在外壳底部还开有排放凝结液的管接头。为了提高原料气的流速和改善传热效果，管间通常用栏板（折流板）将其分成若干室。同时也起支持作用。 （2）特点：固定管板式换热器集中了上述各优点，但不好清洗，热膨胀能力差。在火电厂中被广泛应用，如高低压加热器、凝汽器等。 2. 浮头式换热器 由于固定管板式换热器热膨胀能力差，浮头式换热器两端的管板只用一端与外壳固定死，另一端可相对于壳体滑动（浮头）。 内浮头式换热器：图8-2为示意图。 外浮头式换热器：浮头露在壳体外的称为外浮头式。与外壳的密封结构如图8-3所示。 特点：浮头式换热器可解决膨胀、热应力问题。浮头端可把管子拆卸下来清洗。但要产生泄漏。 二、板式换热器 板式换热器是一种高效、结构紧凑的换热设备。广泛使用于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、能源动力、制冷空调诸方面。 1. 组成：如图8-6所示，板式换热器由传热板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、上下导杆、支撑架及紧固件组成。 3. 多流体、多流程板式换热器的通道安排：多流体、多流程换热器的通道数，是靠密封片的合理布置安排实现的。如图8-8、图9-9。 4. 优点：与管壳换热器相比，板式换热器的优点是： （1）结构简单，制造方便。板式换热器零件数少，组装容易，只要改变传热板片即可。 （2）传热效率高，有效传热温差大。板片叠加而形成狭窄的板间空间，流体在其中紊流流动，提高传热效果。 （3）体积小，重量轻、价格便宜。 （4）结垢少，可靠性高。 （5）可拆卸，便于清洗、维护。 板式换热器的最大允许工作压力为1MPa 左右，最高允许温度为260oC 。 5. 全焊接式板式换热器：如图8-10所示，其由传热板片和两端的端片组成。 （1）构造：传热板片之间、传热板片与端板之间、需要密封的通孔周围等，所有需要密封部位都是用钎焊完成。使结构更简单、牢固。最高工作温度为225oC ，最低工作温度为流体冻结温度；最大工作压力为3MPa ，最小工作压力为真空。 （2）材料：不锈钢，有足够的强度和刚度，耐腐蚀，不易结垢。 （3）优点：它和管壳换热器相比，还有另外的优点， 制冷剂充量少，有利于环保，可降低成本。 体积小。 抗冻性能好：流体流速高，温度分布均匀。 蒸发彻底，经济性好。 （4）缺点：周边长，密封困难、容易泄漏；金属板薄， 刚性较差，不适应高压、高温差工况。介质流量 不能太大。板片制造复杂，成本较高。 三、翅片管式换热器 翅片管是带有肋片管子，可增大换热面、促进湍流。这种换热器如：风冷冷凝器、表面式蒸发器、空气冷却器，锅炉省煤器、暖气片等。如图8-11。 1. 翅片管的型式：主要有纵向和径（横）向两类。翅片可在管内、管外或兼有。根据加工不同，有整体翅片、焊接翅片、机械连接翅片。图8-12。 整体翅片：有铸