12種換熱器的工作原理

1、套管式換熱器

套管式換熱器↑↑↑

原理

每一段套管稱(chēng)為“一程“，程的內(nèi)管(傳熱管)借U形肘管，而外管用短管依次連接成排，固定于支架上。熱量通過(guò)內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。

通常，熱流體(A流體)由上部引入，而冷流體(B流體)則由下部引入。套管中外管的兩端與內(nèi)管用焊接或法蘭連接。內(nèi)管與U形肘管多用法蘭連接，便于傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長(zhǎng)度取4～7米。這種換熱器傳熱面積最高達(dá)18平方米，故適用于小容量換熱。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓。傳熱面積可根據(jù)需要增減，應(yīng)用方便。

缺點(diǎn)：管間接頭多，易泄露。占地面積較大，單位傳熱面消耗金屬量大。

2、浮頭式換熱器

浮頭式換熱器↑↑↑

原理

浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)由圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成。鉤圈式浮頭的詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖所示。

優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在，殼體或換熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。管束可從殼體內(nèi)抽出，便于管內(nèi)和管間的清洗。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高。浮頭蓋與浮動(dòng)管板之間若密封不嚴(yán)，發(fā)生內(nèi)漏，造成兩種介質(zhì)的混合。

3、沉浸蛇管換熱

沉浸蛇管換熱↑↑↑

原理

這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造。

缺點(diǎn)：容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外換熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。

4、板式換熱器

板式換熱器↑↑↑

原理

板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它是由具有一定波紋形狀的一系列金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。

板式換熱器的結(jié)構(gòu)原理：可拆卸板式換熱器是由許多沖壓有波紋薄板按一定間隔，四周通過(guò)墊片密封，并用框架和壓緊螺旋重疊壓緊而成，板片和墊片的四個(gè)角孔形成了流體的分配管和匯集管，同時(shí)又合理地將冷熱流體分開(kāi)，使其分別在每塊板片兩側(cè)的流道中流動(dòng)，通過(guò)板片進(jìn)行熱交換。

5、具有補(bǔ)償圈的換熱器

具有補(bǔ)償圈的換熱器↑↑↑

原理

由擋板、補(bǔ)償圈和放熱嘴構(gòu)成的換熱器。當(dāng)流體為高溫?fù)Q熱時(shí)，由于殼體與管束因溫度相差太大，引起不同的熱膨脹率，補(bǔ)償圈就是為了消除這種熱應(yīng)力。

6、板翅式換熱器

板翅式換熱器↑↑↑

原理

是一種更為高效、緊湊、輕巧的換熱器。過(guò)去由于制造成本較高，僅用于宇航、電子、原子能等少數(shù)部門(mén)?，F(xiàn)已逐漸用于石油化工及其他工業(yè)部門(mén)。

板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多，但基本元件相同，即在兩塊平行的薄金屬板之間，加入波紋狀或其他形狀的金屬翅片，將兩側(cè)面封死，即成為一個(gè)換熱基本元件。

優(yōu)點(diǎn)：

傳熱效率高，溫度控制性好。

翅片很薄，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。

翅片兼具傳熱面和支撐作用，強(qiáng)度高。

缺點(diǎn)：

流道狹小，容易堵塞，且清理困難。

隔板和翅片很薄，要求介質(zhì)對(duì)鋁不會(huì)腐蝕，若腐蝕，造成內(nèi)部串漏，很難修補(bǔ)。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給設(shè)計(jì)增加了難度。

7、夾套換熱器

夾套換熱器↑↑↑

原理

在容器外壁安裝夾套制成，夾套與容器之間形成的空間作為加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的通路。但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù)且使容器內(nèi)液體受熱均勻，可在容器內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便。

缺點(diǎn)：傳熱面積小，傳熱效率低。

8、U形管式換熱器

U型管式換熱器↑↑↑

原理

U形管式換熱器是將換熱管彎成U形，兩端固定在同一管板上。由于殼體和換熱管分開(kāi)，換熱管束可以自由伸縮，不會(huì)由于介質(zhì)的溫差而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U形管換熱器只有一塊管板，沒(méi)有浮頭，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。管束可以自由的抽出和裝入，方便清洗，具有浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，但由于換熱管做成半徑不等的U形彎，最外層換熱管損壞后可以更換外，其它管子損壞只能堵管。同時(shí)，它與固定管板式換熱器相比，由于換熱管受彎曲半徑的限制它的管束中心部分存在空隙，流體很容易走短路,影響了傳熱效果。

特點(diǎn)

1.U形換熱管的管束可以自由浮動(dòng)，無(wú)須考慮溫差應(yīng)力，可用于大溫差場(chǎng)合;

2.只有一塊管板，法蘭數(shù)量少，泄露點(diǎn)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;

3.可以抽芯清洗管束;

4、由于U 形管的最小彎曲半徑的限制，分程間距寬,因此排管少;

5.當(dāng)管內(nèi)流速太高時(shí)，將會(huì)對(duì)U 形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕，影響壽命。

6.由于換熱管是U形的，管內(nèi)清洗困難，故管內(nèi)介質(zhì)宜是清潔且不易結(jié)垢的物料。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一個(gè)管板，密封面少，運(yùn)行可靠，造價(jià)低;管束可以抽出，管間清洗方便。

缺點(diǎn)：管內(nèi)清洗比較困難;由于管子需要有一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低;管束最內(nèi)層管間距大，殼程易短路;內(nèi)層管子壞了只能堵塞而不能更換，因而報(bào)廢率較高。

9、列管換熱器

列管換熱器部件↑↑↑

列管式換熱器↑↑↑

原理

列管式換熱器(tubular exchanger)是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì) ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。

在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱(chēng)之管程;另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱(chēng)為殼程列管式換熱器。

10、螺旋板式換熱器

螺旋板式換熱器↑↑↑

原理

螺旋板式是一種新型換熱器，傳熱效率好，運(yùn)行穩(wěn)定性高，可多臺(tái)共同工作。傳熱效率高，運(yùn)行可靠性強(qiáng)，阻力小。但螺旋板式換熱器要求焊接質(zhì)量高，檢修比較困難。重量大，剛性差，螺旋板式換熱器運(yùn)輸和安裝時(shí)應(yīng)特別注意。

11、噴淋式換熱器

噴淋式換熱器↑↑↑

原理

這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱(chēng)噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動(dòng)程度較高的液膜，管外換熱系數(shù)較沉浸式增大很多。另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量，可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動(dòng)力的作用。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

12、熱管換熱器

熱管換熱器↑↑↑

原理

熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是抗氧化、耐高溫性能較差。此缺點(diǎn)可以通過(guò)在前部安裝一套陶瓷換熱器來(lái)予以解決，陶瓷換熱器較好地解決了耐高溫、耐腐蝕的難題。

目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機(jī)械等行業(yè)中，作為廢熱回收和工藝過(guò)程中熱能利用的節(jié)能設(shè)備，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

審核編輯：湯梓紅