【低溫（wēn）裝備】動態圖解（jiě）各種（zhǒng）換（huàn）熱器工作原理和（hé）特點（diǎn）

 

 

一、U型管式換熱（rè）器（qì）

每根管子都彎成U形，固定在同一側（cè）管板上，每根管（guǎn）可以自由伸縮（suō），也是為了消除熱應力。

 

 

 

性能特點：

此類換（huàn）熱器的特點是管（guǎn）束可以自由伸縮，不會因管殼之間的溫（wēn）差而產生（shēng）熱應力，熱補償性能好；管程為雙（shuāng）管程（chéng），流程 較（jiào）長，流速（sù）較高，傳熱性能（néng）較好；承壓能力強；管（guǎn）束可從殼體內抽出，便（biàn）於檢修和清洗，且結（jié）構（gòu）簡單，造價便宜。

 

其缺點是管內清洗不便（biàn），管束中間部（bù）分的（de）管子難以更換，又因最內層管子彎曲半（bàn）徑不能太小（xiǎo），在管板中心部分（fèn）布管不緊湊， 所以管（guǎn）子數不能太多（duō），且管束中心部分存在間隙，使殼程流體易於短路而影響殼程換熱。此外，為（wéi）了彌補彎管後管壁（bì） 的減薄，直管部分需用壁較（jiào）厚的管子。這就影（yǐng）響了它的使用場合，僅宜用於管殼壁溫相差較大，或殼程介質易結垢而管程介質清潔及不易結垢，高溫、高壓、腐蝕性強的情形（xíng）。】

 

二、沉浸式蛇管換熱器

沉浸式蛇管換熱器以蛇形管作為傳熱（rè）元件的換熱器，是間（jiān）壁式換熱器種類之一（yī）。根據（jù）管外流體冷（lěng）卻方式的不同（tóng），蛇管 式換熱器又分為沉浸式和噴淋式。

 

 

優點：

這是（shì）一種古老的換熱設（shè）備。它結構簡單，製造、安（ān）裝、清洗和維（wéi）修方便，便於防腐，能（néng）承受高壓，價格低廉，又特（tè）別 適用（yòng）於高壓流體的冷卻、冷凝，所（suǒ）以現代仍得到廣泛應用。

 

缺（quē）點：

由於容器體積比管子的體積大得多、笨重（chóng）、單位傳熱（rè）麵積金屬耗量多，因此管外流體（tǐ）的表麵傳熱係數較小。為提高傳 熱係數，容器內可安裝（zhuāng）攪拌器（qì）。

 

三、列管（guǎn）式換熱器

冷流體走管內，熱流體經折流板走管（guǎn）外，冷、熱流體通（tōng）過間（jiān）壁換熱（rè）。

 

 

性能特點：

列管式換（huàn）熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能（néng）機械清（qīng）洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊 在外殼兩端，並在（zài）其上連（lián）接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一係列垂（chuí）直於管束的擋板。同 時（shí）管子（zǐ）和管（guǎn）板與外殼的連接都是剛性的，而管內管外是兩種不同溫度的流體。因此，當管（guǎn）壁與殼壁溫差較大時，由於 兩者的熱（rè）膨脹不同，產生了很大的溫（wēn）差應力（lì），以至管子扭彎或使（shǐ）管子從管板上鬆脫，甚至毀壞換熱器。

 

為了克（kè）服溫差應（yīng）力必（bì）須有溫差補償裝（zhuāng）置，一般在管（guǎn）壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應有溫差補償（cháng） 裝（zhuāng）置。但補償裝置（膨脹節）隻能用在殼壁與管壁（bì）溫差低於60～70℃和（hé）殼程流（liú）體壓強不高的情況。一般殼程壓強（qiáng）超過（guò） 0.6Mpa時由於補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償的作用，就應（yīng）考慮其他（tā）結構。

 

四、螺旋板（bǎn）式換熱器

由兩塊相互平行的鋼板，卷製成相互隔開的螺旋形流道。螺旋板的兩端（duān）焊有蓋板。冷熱流體分別在兩流道內流動。

 

 

性（xìng）能特點：

1、傳熱效率高（性能好）

一般認為螺旋板（bǎn）式換熱（rè）器的傳熱效率為列管式換熱器的1-3倍。等截麵單通道不存在流動死區，定距柱及螺旋通道對流 動的擾（rǎo）動降低了流體的臨界雷諾數，水水換熱時螺旋板式（shì）換熱器的傳熱係數最大可達3000W/（㎡.K）。

2、有效回收低溫（wēn）熱能

螺旋板式換（huàn）熱器由兩張卷製而成，進行（háng）餘熱回（huí）收，充分（fèn）利用低溫熱能。

3、運行可靠性強

不可拆式螺旋板（bǎn）式換熱器螺旋通道的端麵采用焊接密封，因而具有較高的密封性，保證（zhèng）兩種工作介質不混（hún）合。

4、阻力小

在殼體上的接管采用（yòng）切向結構。比較低的壓力損失，處理大容量（liàng）蒸汽（qì）或氣體；有自清刷能力（lì），因其介質呈螺旋型流動 ，汙垢不易沉積；清洗（xǐ）容易，可用蒸（zhēng）汽（qì）或堿液衝洗（xǐ），簡單（dān）易行，適合安裝清洗裝（zhuāng）置；介質走單通道（dào），允許流（liú）速（sù）比其他 換熱器高。

5、可多台組合使（shǐ）用

單台設備不能滿足使（shǐ）用要求時，可以多台組合（hé）使用，但組合時必須符合下列規定（dìng）：並聯（lián）組合、串聯組合、設備（bèi）和（hé）通道 間距相同。混合組合：一個通道並聯，一個通道（dào）串聯。

 

五、噴淋式換熱（rè）器

熱（rè）流體在裸露的管中流過，冷卻水噴淋流過蛇（shé）管。

 

 

性能特點：

這種換熱器（qì）是將換熱管成排地（dì）固定（dìng）在鋼架上，熱流體在管內流動,冷卻水 從上方噴淋（lín）裝置均勻淋下,故也稱（chēng）噴淋式冷卻 器.噴淋式換（huàn）熱器的（de）管外是一層湍動程度（dù）較高的液膜,管外給熱係數較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空 氣流通之處,冷卻水的蒸發亦帶走一部分（fèn）熱量,可起到降低冷卻水溫度（dù）,增大傳熱推動（dòng）力的作（zuò）用.因（yīn）此,和沉浸式相比,噴 淋式換熱器的傳熱效果大有改（gǎi）善。

 

六、熱管換熱器

一根密封的金屬管子，管（guǎn）內壁（bì）覆蓋一層有毛細結構材料作（zuò）成的芯網，其中間是空（kōng）的。管內裝有一定量的熱載體（如液 氨、氟利昂等），被氣化，流（liú）向冷端，蒸汽在冷（lěng）端被冷凝，放出汽化潛熱，而加熱了冷流體。冷凝液（yè）又流回熱端，如此反複。

 

 

性能特（tè）點：

1、熱管（guǎn）換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全（quán）分開（kāi），在運行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕（shí）、超溫等（děng）原因發 生（shēng）破壞時基（jī）本不影響換熱器運行。熱管換熱器用於易然、易爆、腐蝕性強的流體換熱場合具有很高的可（kě）靠性。

2、熱管換熱器的冷、熱（rè）流體完全分開流動，可以比較容易的實現冷、熱流體（tǐ）的（de）逆流換熱。冷（lěng）熱流體均在管外流動，由（yóu） 於管外（wài）流動的換熱係數遠高於管內流動的換熱係數，用於品（pǐn）位較低（dī）的熱能回收場合非常經濟。

3、對於含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結構的變化、擴展受（shòu）熱麵等形式解決換熱器（qì）的磨損和堵灰（huī）問題。

4、熱管換熱器用於（yú）帶有腐蝕性的（de）煙氣餘熱（rè）回收時，可以（yǐ）通過調整蒸發段、冷凝（níng）段的傳熱麵積來調整熱管管壁（bì）溫度，使（shǐ） 熱管盡可能（néng）避開最大的腐蝕區域（yù）。

 

七、套管式換熱器

冷、熱流（liú）體分別在內管和套管中流動並換熱。

 

優點：

這（zhè）種換熱器具有若幹突出的優點，所以至今仍被廣泛用於石油化工等工業部門。

①結構簡單，傳（chuán）熱麵積增（zēng）減自如。因為它由標準構件（jiàn）組合而成，安裝時無需另外加工（gōng）。

②傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同（tóng）時還可（kě）以選取合適（shì）的（de）截（jié）麵尺寸，以提高流體速度，增大兩側流體的（de）傳熱 係數，因此它的傳熱效果好。液-液換熱時（shí），傳熱係數為 870～1750W/（m2·℃）。這一點特別適合於高壓、小流量、 低傳熱係（xì）數流體的（de）換熱。套（tào）管式換（huàn）熱器的缺點是占地麵積大；單位傳熱麵積金屬耗量多，約為管殼式換熱（rè）器的5倍；管 接頭多，易泄（xiè）漏；流阻大。

③結構簡單，工作適（shì）應範圍大，傳熱麵積增減（jiǎn）方便，兩側流體均可提高流速，使傳熱麵的兩側都可以有較高的傳熱係 數，是單位傳熱麵的金屬消（xiāo）耗量大，為增大傳熱麵積、提高傳熱效果，可在內管（guǎn）外壁加設各（gè）種形式的翅片，並在內（nèi）管 中加設刮膜擾動裝置，以適應高粘（zhān）度流體的換熱。

④可以根據安裝位置任意（yì）改變形態，利於安裝。

 

缺點：

①檢修、清洗和拆卸都較麻煩，在可拆連接處容易造成泄漏。

②生產中，有較（jiào）多材料選擇受限，由（yóu）於套（tào）管式換熱器大多是（shì）內管中不允許有（yǒu）焊接，因為焊接會（huì）造成受熱膨脹開裂，而 套管式換（huàn）熱器大多數為了節省空間（jiān）選擇，彎製（zhì），盤製成蛇（shé）管形態，故（gù）有較多特殊的耐（nài）腐蝕材料無法正常生產。

③套管換熱器（qì）國（guó）內還沒有形成統一的焊接標準，各個企業都是根據其他換熱產品經驗選擇焊接方（fāng）式，所以（yǐ），套（tào）管式換 熱器的焊接處，出現各類（lèi）問題司空見慣，需要經常注意（yì）檢查，保養。

 

八、具有補償圈的換（huàn）熱（rè）器

當流（liú）體為高溫換熱時，由於殼體（tǐ）與管束因（yīn）溫度相差太大，引起不同的熱膨脹率，補償圈就是為了消除這種（zhǒng）熱應力。

 

 

九、浮頭式換熱器

兩端的管板，有一段不與殼體相連，可以在管長方向自由浮動，當殼體與管束因溫度不同而引起不同的熱膨脹時，可 以消除熱應力。

 

 

優點（diǎn）：

（1）管（guǎn）束可以抽出，以方便清洗管、殼程（chéng）；

（2）介質間溫（wēn）差不受限製；

（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小於等（děng）於450度，壓力小於等於6.4兆帕；

（4）可用於結垢比較嚴重的場合；

（5）可用於（yú）管程易腐蝕場合（hé）。

 

缺點：

（1）小浮頭易發（fā）生內漏（lòu）；

（2）金屬材料耗量大，成本高20%；

（3）結構複雜（zá）

 

十、夾套式換熱器

夾套式換熱（rè）器是間壁（bì）式換熱器的一種，在容器外壁安裝夾套製成；

 

 

性能特點：

結構簡單，但（dàn）其加熱麵（miàn）受容器壁麵限製，傳熱係數也（yě）不高。為（wéi）提高傳熱係（xì）數且使釜內液體受熱均勻，可在釜內安裝（zhuāng）攪 拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾（jiá）套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提（tí）高夾套一側 的給熱係數。為補充傳熱麵的不足，也可在釜內（nèi）部安裝蛇（shé）管。夾套式換熱器廣泛用於反應過程的加熱和冷（lěng）卻。

 

十一、板翅式換（huàn）熱器

由隔板、翅片（piàn）和側條組成單元體，多個（gè）單元（yuán）體經逆流或錯流組裝為組裝件，再將帶有集流出口的集流箱焊接到組裝件 上。由於材料輕薄，換熱麵積與換熱器（qì）體積之比可達4000㎡.m-3。

 

 

 

 

 

性能特點：

（1）傳熱（rè）效率（lǜ）高，由（yóu）於翅片對流體的擾動使邊界層不（bú）斷破裂，因而具有較大的換熱係數；同（tóng）時由（yóu）於隔板、翅片很薄， 具有高導熱（rè）性，所以使得板翅式換熱器（qì）可以達到很高的（de）效（xiào）率。

（2）緊（jǐn）湊，由於板翅式（shì）換熱器具有擴（kuò）展（zhǎn）的二次表麵（miàn），使得它的比表麵積可達到1000㎡/m3。

（3）輕巧，原因為緊湊且多為鋁合金製造，現在鋼製，銅製，複合材料等的也已經批量生產 。

（4）適應性強，板翅式換熱器可適用於：氣－氣、氣－液、液（yè）－液、各種流體之間的換熱以及發生集態變化的相變（biàn）換 熱。通過流道的布置和（hé）組（zǔ）合（hé）能夠適應：逆流、錯流、多股流、多程流等不同的換熱工況。通過（guò）單元間串聯、並聯、串 並聯的組合可以滿足大型設備的換（huàn）熱需要（yào）。工（gōng）業上可（kě）以定型、批量生產以降低成本，通過積木式組合擴大互換性。

（5）製造工藝（yì）要（yào）求嚴格，工藝過程複雜。

（6）容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修很困難，故隻能用於換熱介（jiè）質幹淨、無（wú）腐蝕、不易結垢、不易沉積、不易堵塞的 場合。

 

十二、渦（wō）流熱膜換（huàn）熱器

流熱膜換熱器體積隻有傳統管殼式換（huàn）熱器的1/5，采用全不鏽鋼焊接（jiē）結構。既具有釺焊板式換熱器體積小、耐高溫的優 勢，又克服了框架（jià）板式換熱器膠條老化、維護費用高的（de）缺（quē）陷，它采用經（jīng）納（nà）米技術處（chù）理的不鏽鋼渦（wō）流（liú）管作為（wéi）換熱元件（jiàn）， 極大提高了換熱器的整體性（xìng）能。

 

性能（néng）特點：

1.高效節能，該換熱器傳熱係數為6000-8000W/m2.0C；

2.全不鏽鋼製作，使用壽命長，可達20年以（yǐ）上,十年內出現換熱器質（zhì）量問題免費更換；

3.改層流為（wéi）湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻；

4.換熱速度快，耐高溫（400℃），耐高壓（2.5Mpa）;

5.結構（gòu）緊湊，占（zhàn）地（dì）麵積小，重量輕，安裝方（fāng）便，節約土建投資；

6.設計靈活，規格齊全，實用針對性強，節約（yuē）資金；

7.應用（yòng）條件廣泛（fàn），適用較大的壓力、溫度範圍和多種介（jiè）質熱交換；

8.維護費用低，易操作，清（qīng）垢周（zhōu）期長，清（qīng）洗方（fāng）便。

9.采用納米熱膜技術，顯著增大傳熱係數（shù）。

10.應用領域廣闊，可廣泛用於熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫藥（yào）、能源電（diàn）子、機械輕工等領域。

 

來源：低溫裝備