换热器（一）.docVIP

第七节 换热器 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。根据冷、热流体热量交换的原理和方式换热器基本上可分为三大类，即间壁式、混和式和蓄热式。其中间壁式换热器应用最多，以下仅讨论此类换热器。 4-7-1 间壁式换热器的类型 传统的间壁式换热器以夹套式和管式换热器为主，管式换热器结构不紧凑；单位换热容积所提供的传热面积小。随着工业的发展，出现了一些高效紧凑的换热器，如板式和强化管式换热器。 一、管式换热器 （一）蛇管换热器 蛇管换热器分为两种，一种是沉浸式，另一种是喷淋式。 1．沉浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（如图4-35）并沉浸在容器内的液体中。蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。为提高总传热系数，容器内可安装搅拌器。 2．喷淋式蛇管换热器 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，如图4-36，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外对流传热系数较沉浸式增大很多。另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦可带走一部分热量，可起到降低冷却水温度、增大传热推动力的作用。因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大为改善。 （二）套管式换热器 套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180°的回弯管将多段套管串联而成，如图4-37所示。每一段套管称为一程，程数可根据传热要求而增减。每程的有效长度为4~6m，若管子太长，管中间会向下弯曲，使环形中的流体分布不均匀。 图4-35 蛇管的形状 图4-36 喷淋式换热器 1―弯管 2―循环泵 3―控制阀 图4-37 套管式换热器 套管换热器结构简单，能承受高压，应用方便（可根据需要增减管段数目）。特别是由于套管换热器同时具备总传热系数大、传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程（例如操作压力为300MPa的高压聚乙烯生产过程）中所用的换热器几乎全部是套管式。 （三）列管式换热器 列管式（又称管壳式）换热器是最典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器主要由壳体、管束、管板和封头等部份组成，流体在管内每通过管束一次称为一个管程，每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管外流体对流传热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、使流体速度增加，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。 列管换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温度差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿方法的不同，列管换热器有下面几种型式。 1．固定管板式 固定管板式换热器如图4-38所示。所谓固定管板式即两端管板和壳体连接成一体，因此它具有结构简单和造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。图4-38为具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体的温度差太大（不大于70℃）和壳方流体压强过高（一般不高于600kPa）的场合。 图4-38 具有补偿圈的固定管板式换热器 1―挡板 2―补偿圈 3―放气嘴 2．U型管换热器 U型管换热器如图4-39所示。U型管式换热器的每根换热管都弯成U型，进出口分别安装在同一管板的两侧，每根管子皆可自由伸缩，而与外壳及其它管子无关。 图4-39 U型管换热器 1―U型管 2―壳程隔板 3―管程隔板 这种型式的换热器的结构比较简单，重量轻，适用于高温和高压的场合。其主要缺点是管内清洗比较困难，因此管内流体必须洁净；且因管子需一定的弯曲半径，故管板的利用率较差。 3．浮头式换热器 浮头式换热器如图4-40所示，两端管板之一不与外壳固定连接，该端称为浮头。当管子受热（或受冷）时，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器不但可以补偿热膨胀，而且由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管