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图文并茂讲解换热器

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换热器作为工艺过程必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、

化工、动力、轻工、机械、冶金、交通、制药等工程领域中。据统计，

在现代石油化工企业中，换热器投资约占装置建设总投资的

30%~40%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数的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重要的影响。

一.换热器的分类

1.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.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.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。

二.换热器结构与性能特点

(一)管式换热器的结构形式

1．管壳式换热器

管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。

它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应

性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。管壳式换

热器根据结构特点分为以下几种。

（1）固定管板式换热器

它由壳体、管束、封头、管板、折流挡板、接管等部件组成。其

结构特点是，两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。

整个换热器分为两部分：换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管

程；换热管外的通道及与其相贯通处称为壳程。冷、热流体分别在管

程和壳程中连续流动，流经管程的流体称为管（管程）流体，流经壳

程的流体称为壳（壳程）流体。

若管流体一次通过管程，称为单管程。当换热器传热面积较大，

所需管子数目较多时，为提高管流体的流速，常将换热管平均分为若

干组，使流体在管内依次往返多次，则称为多管程。管程数可为2、

4、6、8，太大，虽提高了管流体的流速，从而增大了管内对流传热

系数，但同时会导致流动阻力增大。因此，管程数不宜过多，通常以2、

管程最为常见。

壳流体一次通过壳程，称为单壳程。为提高壳流体的流速，也可

在与管束轴线平行方向放置纵向隔板使壳程分为多程。壳程数即为壳

流体在壳程内沿壳体轴向往、返的次数。

分程可使壳流体流速增大，流程增长，扰动加剧，有助于强化传

热。但是，壳程分程不仅使流动阻力增大，且制造安装较为困难，故

工程上应用较少。为改善壳程换热，通常采用折流挡板，通过设置折

流挡板，以达到实现强化传热的目的。

固定管板式换热器的优点是结构简单、紧凑。在相同的壳体直径

内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行更换，且管内清

洗方便。其缺点是壳程不能进行机械清洗；当换热管与壳体的温差较

大（大于50℃）时产生温差应力，需在壳体上设置膨胀节，因而壳程

压力受膨胀节强度的限制不能太高。固定管板式换热器适用于壳方流

体清洁且不易结垢，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

浮头式换热器浮其结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，

可在壳体内