九種換熱器的工作原理詳解

按照換熱器的傳熱方式，換熱器可分為三大類：

直接接觸式換熱器，也叫混合式換熱器，是冷熱流體進(jìn)行直接接觸并換熱的設(shè)備。通常情況下，直接接觸的兩種流體是氣體和汽化壓力較低的液體；

蓄能式換熱器的工作原理，是利用固體物質(zhì)的導(dǎo)熱特性，具體而言，熱介質(zhì)先將固體物質(zhì)加熱到一定溫度，冷介質(zhì)再從固體物質(zhì)獲得熱量，通過此過程可實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞；

間壁式換熱器，也是利用了中介物的熱傳導(dǎo)，冷、熱兩種介質(zhì)被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱量交換。對于供熱企業(yè)而言，間壁式換熱器的應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，它還可劃分為管式換熱器、板式換熱器和熱管換熱器。

一、管殼式換熱器

管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類型。

                                  ▲管殼式換熱器                                       

根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管式換熱器、填料函式換熱器等四種類型。

二、固定管板式換熱器

固定管板式換熱器是管殼式換熱器的一種。固定管板式換熱器兩端的管板采用焊接的方式與殼體連接，主要由外殼、管板、管束、頂蓋（封頭）等部件構(gòu)成。

                                            ▲固定管板式換熱器

固定管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：

◆結(jié)構(gòu)簡單；

◆在相同的殼體直徑內(nèi)，排管數(shù)最多，旁路最少；

◆每根換熱管都可以進(jìn)行更換，且管內(nèi)清洗方便。

固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是：

◆殼程不能進(jìn)行機(jī)械清洗；

◆當(dāng)換熱管與殼體的溫差較大（大于50℃）時會產(chǎn)生溫差應(yīng)力，解決措施是在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，因而殼程壓力受膨脹節(jié)強(qiáng)度的限制不能太高；

◆只適用于流體清潔且不易結(jié)垢，兩流體溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的工作場合。

三、浮頭式換熱器

浮頭換熱器是管殼式換熱器的一種，它有一端管板不與外殼相連，可以沿軸向進(jìn)行自由浮動，也稱為浮頭。浮頭由浮動管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。

                                              ▲浮頭式換熱器

浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：

◆若換熱管與殼體有溫差存在，即殼體或換熱管膨脹時，不會產(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。

浮頭式換熱器的缺點(diǎn)是：

◆結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價高；

◆如果浮頭蓋與浮動管板之間密封不嚴(yán)，會發(fā)生內(nèi)漏，造成兩種介質(zhì)的混合。

四、U型管式換熱器

U形管式換熱器是管殼式換熱器的一種，它由管板、殼體、管束等零部件組成。U型管式換熱器的每根管子都彎成U型，進(jìn)出口分別安裝在同一管板的兩側(cè)，封頭用隔板分成兩室，由此，每根管子都可以自由伸縮，而與其他管子和殼體無關(guān)。

                                        ▲U型管式換熱器

U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：

◆管束可以自由浮動，無須考慮溫差應(yīng)力，可用于大溫差場合；

◆它只有一塊管板，法蘭數(shù)量少，泄露點(diǎn)少、結(jié)構(gòu)簡單；

◆U型管式換熱器運(yùn)行可靠，造價低。

U型管式換熱器的缺點(diǎn)是：

◆管內(nèi)清洗比較困難。由于管子需要有一定的彎曲半徑，管板的利用率較低；

◆管束最內(nèi)層的管間距大，殼程易短路。當(dāng)管內(nèi)流速太高時，將會對U形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕，影響其使用壽命；

◆內(nèi)層管若損壞就不能更換，因而報廢率較高。

五、噴淋式換熱器

噴淋式換熱器是管式換熱器的一種，是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動，冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多。

另外，噴淋式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，增大傳熱推動力的作用。和沉浸式換熱器相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

                                           ▲噴淋式換熱器

噴淋式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：

◆結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜；

◆可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用；

◆能耐高壓；

◆便于檢修、清洗，水質(zhì)要求低。

噴淋式換熱器的缺點(diǎn)是：

◆冷卻水噴淋不均會影響傳熱效果；

◆只能安裝在室外。

六、套管式換熱器

套管式換熱器是管式換熱器的一種，是由兩種尺寸不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接而成的同心圓套管，外面的叫殼程，內(nèi)部的叫管程。兩種不同介質(zhì)可在殼程和管程內(nèi)逆向流動（或同向）以達(dá)到換熱的效果。套管式換熱器通常由殼體（包括內(nèi)殼和外殼）、U型肘管、填料函等組成。

                           ▲套管式換熱器

套管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：

◆結(jié)構(gòu)簡單，能耐高壓；

◆傳熱面積可根據(jù)需要增減，應(yīng)用方便。

套管式換熱器的缺點(diǎn)是：

◆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。

七、夾套式換熱器

夾套式換熱器是板式換熱器的一種，在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡單；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)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。

                                     ▲夾套式換熱器

夾套式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：

◆結(jié)構(gòu)簡單；

◆加工方便。

夾套式換熱器的缺點(diǎn)是：

◆傳熱面積小，傳熱效率低。

八、螺旋板式換熱器

螺旋板換熱器屬于板式換熱器的一種，是由兩張平行的金屬板卷制而成，在其內(nèi)部形成兩個同心的螺旋形通道。換熱器中央設(shè)置隔板，將螺旋形通道隔開，兩板之間焊有定距柱以維持通道間距。

                                 ▲螺旋板式換熱器

螺旋板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：

◆傳熱系數(shù)高；

◆不易結(jié)垢和堵塞；

◆能利用溫度較低的熱源；

◆結(jié)構(gòu)緊湊。

螺旋板式換熱器的缺點(diǎn)是：

◆操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高；

◆不易檢修。

九、熱管換熱器

熱管是由一根抽除不凝性氣體的密封金屬管內(nèi)充以一定量的某種工作液體而成。工作液體在熱端吸收熱量而沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽流至冷端冷凝放出潛熱，冷凝液回至熱端，再次沸騰汽化。如此反復(fù)循環(huán)，熱量不斷從熱端傳至冷端。

                                      ▲熱管換熱器

熱管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：

◆結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，工作可靠；

◆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。

其缺點(diǎn)是：

◆抗氧化、耐高溫性能較差。

換熱器使用注意事項(xiàng)：

◆保持管網(wǎng)清潔。無論是在工作前還是工作完成后，都必須清洗管網(wǎng)，避免發(fā)生換熱器堵塞的現(xiàn)象。此外，要注意對除污器和過濾器的清洗，讓整個換熱工作順利完成。

◆嚴(yán)格把關(guān)軟化水。在進(jìn)行供熱介質(zhì)處理前，要檢查系統(tǒng)中和軟化罐中的水質(zhì)問題，確定水質(zhì)合格后可注入。

◆檢驗(yàn)新系統(tǒng)。對于新近的系統(tǒng)，不能立刻使之與換熱器進(jìn)行交替使用，而要使新系統(tǒng)在指定的時間段內(nèi)運(yùn)行，在完成運(yùn)行檢驗(yàn)后，才能把換熱器并入系統(tǒng)中。這樣做的目的是避免管網(wǎng)中的雜質(zhì)破壞換熱器的內(nèi)部設(shè)備。

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