换热器的结构和分类
换热器类型和结构
换热器类型和结构内容1、换热器的定义换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，即在一个大的密闭容器内装上水或其他介质,而在容器内有管道穿过。
让热水从管道内流过。
由于管道内热水和容器内冷热水的温度差，会形成热交换，也就是初中物理的热平衡，高温物体的热量总是向低温物体传递，这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水，换热器又称热交换器。
2、换热器的分类与结构换热器按用途分类可以分为：冷却器、冷凝器、加热器、换热器、再沸器、蒸气发生器、废热（或余热)锅炉。
按换热方式可以分为：直接接触式换热器（又叫混合式换热器)、蓄热式换热器和间壁式换热器。
下面主要介绍一下按换热方式分类的换热器：1)直接接触式换热器直接接触式交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻,只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。
故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽—水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。
它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门。
常用的混合式换热器有:冷却塔、气体洗涤塔、喷射式换热器和混合式冷凝器。
2)蓄热式换热器蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。
内装固体填充物，用以贮蓄热量。
一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。
换热分两个阶段进行。
第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来.第二阶段，冷气体通过火格子,接受火格子所储蓄的热量而被加热。
这两个阶段交替进行。
通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。
常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。
也用于化学工业,如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。
3)间壁式换热器此类换热器中，冷热俩流体间用一金属隔开,以便俩种流体不相混合而进行热量传递。
在化工生产中冷热流体经常不能直接接触，故而间壁式换热器是最常用的一种换热器。
换热器的分类与应用
换热器的分类与应用换热器的分类与应用：按用途分类：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器；按冷热流体热量交换方式分类：混合式、蓄热式和间壁式。
间壁式换热器的类型：一、夹套换热器：结构：夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。
优点：结构简单。
缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。
为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。
也可在釜内安装蛇管。
二、沉浸式蛇管换热器：结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。
优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。
缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。
三、喷淋式换热器：结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。
在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。
优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好；缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。
用途：用于冷却或冷凝管内液体。
（见下图）四、套管式换热器：结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，目的增加传热面积；冷热流体可以逆流或并流。
优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。
缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。
用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。
五、列管式换热器列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。
优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。
结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。
一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。
换热器按传热方式和结构分类
换热器按传热方式和结构分类
根据热量传递方法不同，换热器可以分为间壁式、直接式和蓄热式。
间壁式换热器是化工生产中采用最多的一种，温度不同的两种流体隔着液体流过的器壁（管壁）传热，两种液体互不接触，这种传热办法最适合于化工生产。
因此，这种类型换热器使用十分广泛，型式多样，适用于化工生产的几乎各种条件和场合。
直接接触式换热器，是两种（冷和热）流体进入换热器后，直接接触传递热量，传热效率高，但使用受限制，只适合于允许这两种流体混合的场合，如配设冷凝器等。
蓄热式换热器，是一个充满蓄热体的空间（蓄热室）温度不同的两种流体先后交替地通过蓄热室，实现间接传热。
由于化工生产中绝大多数使用的是间壁式传热，因此以此类换热器为选用设计的主要对象。
间壁式换热器根据间壁的形状，又可分为管壁传热的管壳式和板壁传热的板式换热器，或称为紧凑式换热器。
管壳式换热器是使用得较早的换热器，通常将小直径管用管板组成管束，流体在管内流动，管速外再加一个外壳，另一种流体在管间流动，这样组成一个
管壳式换热器。
其结构简单，制造方便，选用和试用的材料很广泛，处理能力大，清洗方便，适应性强，可以在高温高压下试用，生产制造和操作都有较成熟的经验，型式也有所更新改进，这种换热器使用一直十分普遍。
根据管束和外壳的形状不同，又可分为固定管板、浮头管束、U形管束、填料函管束以及套管（杯）式、蛇管式等。
《换热器类型与结构》PPT课件
进口接管及防冲板的布置
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● 在固定管板式中，两端管板均与壳体采用焊接连接、 且管板兼作法兰用，在浮头式、U形管式及填料函式换 热器中采用可拆连接，将管板夹持在壳体法兰和管箱法 兰之间。
管板与壳体连接结构
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◆ 折流板
● 折流板的作用 引导壳程流体反复地改变方向作错流流动或其他形
式的流动，并可调节折流板间距以获得适宜流速，提高 传热效率。另外，折流板还可起到支撑管束的作用。
●折流板的 分类 常用折流板有弓形和圆盘-圆环形两种
弓形的有单弓形、双弓形及三弓形，单弓形和双弓 形应用最多。
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弓形折流板
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圆盘-圆环形折流板
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折流板缺口尺寸
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● 折流板的固定 折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。
拉杆结构
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三、管壳式换热器的标准
◆ GB151—1999《管壳式换热器》
是由国家技术监督局发布的关于管壳式换热器的国家 标准。该标准是管壳式换热器设计和制造的主要依据。
◆标准代号为JB／T4714～4720－92
第五章 换热设备
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目录
1 换热设备的类型及应用 2 管壳式换热器
3 其他类型换热设备简介 4 换热设备的使用与维护
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第一节 换热设备的类型及应用
一、换热设备的应用
◆ 定义
使传热过程得以实现的设备称之为换热设备。
二、换热设备的类型
◆ 按用途分类
冷却器 冷凝器 加热器 换热器 再沸器 蒸气发生器 废热(或余热)锅炉
换热器基本知识
（2） 浮头式换热器
浮头式换热器 1—防冲板；2—折流板；3—浮头管板；4—钩圈；5—支耳
浮头式换热器
• 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完 全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出, 便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较 广。
• 优点：管间和管内清洗方便，不会产生热应力 ；
• 缺点：结构复杂，造价比固定管板式换热器高 ，设备笨重，材料消耗量大，且浮头小盖在操 作中无法检查，制造时对密封要求较高。
• 流体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。 图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内 流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样 流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。 同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次 通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。
设备。
二、间壁式换热器的类型
沉浸式蛇管换热器
管式换热器
间壁式换热器
板式换热器
喷淋式换热器
套管换热器
固定管板式
列管式换热器
U型管
平板式换热器
浮头式 填料函式
螺旋板式换热器 夹套式换热器
板翘式换热器 翘片式换热器
翘片管换热器
(一) 管式换热器
管式换热器特点
• 管式换热器虽然在换热效率、结构紧凑性和单位传热
• 缺点：由于受弯管曲率半径的限制，其换热管 排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利 用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利 。当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形 管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只 能堵死，而坏一根U形管相当于坏两根管，报 废率较高。
换热器基本知识
一、换热器的结构型式有哪些？换热器是很多工业部门广泛使用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。
可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。
按结构型式分类如下：换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。
管式换热器又分为：套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。
板式换热器又分为：夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。
新型材料换热器分为：石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换热器。
其他形式的换热器包括回转式换热器和热管。
二、换热器管为什么会结垢？如何除垢？因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管表面，形成水垢。
在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。
初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。
此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。
换热器管束除垢的方法主要有下列三种。
一、手工或机械方法当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。
当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。
二、冲洗法冲洗法有两种。
第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。
第二种方法是高压水枪冲洗法。
对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200ＭＰa自由调节。
常见换热器简介
➢ 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。
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浮头式换热器
➢ 优点：当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产 生温差应力；管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。
➢ 缺点：操作温度和压力不宜太高，目前最高操作压力为2MPa，温度在400℃ 以下；因整个换热器为卷制而成，一旦发现泄漏，维修很困难。
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螺旋板式换热器
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板翅式换热器
➢ 板翅式换热器，通常由隔板、 翅片、封条、导流片组成。在 相邻两隔板间放置翅片、导流 片以及封条组成一夹层，称为 通道。
率，一般约为管壳式换热器的3～5倍；拆装方便，有利于维修和清洗。
➢ 缺点：处理量小；操作压力和温度受密封垫片材料性能限制而不宜过高。
➢ 适用于经常需要清洗、工作环境要求十分紧凑，工作压力在2.5 MPa以下，温度在 -
35℃~200℃场合。
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焊接式板式换热器
常见换热器简介
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一、概述
1、换热器的定义 以在两种流体之间用来传递热量为基本目的的装置统称换热设备，又称换
热器（热交换器）。 2、功能
主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利 用率、回收利用余热、废热和低位热能。 3、应用
换热器的结构与性能特点
a.切除过少
b.切除适当
c.切除过多
挡板切除对流动的影响
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管子的规格和排列方式
管子的规格：最常用的直径为19 mm、 22 mm、25 mm、32 mm、38 mm、 57 mm 管长：1.5、2.0、3.0、6.0m L/D=4～10（管长/壳体直径）
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换热器的结构与性能特点
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在工业生产中，要实现热量的传递，须采用一定 的设备，此种传递热量的设备，称换热器或热交换器。
换热器广泛应用于各种工业生产过程中，其主要 用途适用于加热、冷却、蒸发、冷凝、干燥等方面， 因其使用的条件不同，其容量、压力、温度等变动范 围较大，为了适应不同的用途，存在各种形式及结构 的换热器。
列管一端固定在与 优点是管束可取出清洗或更换。因为管束可自 外壳固定的管板上， 由移动，所以适用两流体温差大的换热情况。 另一端固定在可自 缺点是结构复杂，造价高 由移动的管板上
管束一端可自由膨 胀
优点是结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。 缺点是壳内流体有外漏的可能，所以壳体内不 适于流过易挥发，易燃，易爆和有毒介质。只 适用于低压流体。
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流体流速的选择
流体 种类
一般液体 宜结垢液体
气体
流速 m/s
管程
壳程
0.5～0.3 >1
5～30
0.2～1.5 >0.5 3～15
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不同粘度液体在列管换热器中流速（在钢管中）
液体粘度mPa.s
>1500 1000～500 50பைடு நூலகம்～100
100～53 35～1 >1
最大流速m/s
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换热器的结构和分类
换热器的分类
➢按用途分类：
加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器
➢按冷热流体热量交换方式分类：
混合式、蓄热式和间壁式
➢主要内容：
1. 根据工艺要求，选择适当的换热器类型；
2. 通过计算选择合适的换热器规格。
间壁式换热器的类型
一、夹套换热器
➢结构：夹套式换热器主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。
➢优点：结构简单。
➢缺点：传热面受容器壁面限制，传热系数小。
为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。
也可在釜内安装蛇管。
二、沉浸式蛇管换热器
➢结构：这种换热器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。
➢优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。
➢缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。
三、喷淋式换热器
➢结构：冷却水从最上面的管子的喷淋装置中淋下来，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。
在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。
➢优点：结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗，传热效果好
➢缺点：冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。
➢用途：用于冷却或冷凝管内液体。
四、套管式换热器
➢结构：由不同直径组成的同心套管，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，目的增加传热面积；冷热流体可以逆流或并流。
➢优点：结构简单，加工方便，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。
➢缺点：结构不紧凑，金属消耗量大，接头多而易漏，占地较大。
➢用途：广泛用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。
五、列管式换热器
列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。
➢优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。
➢结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。
一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。
管束的壁面即为传热面。
根据所采取的温差补偿措施，列管式换热器可分为以下几个型式。
（1）固定管板式
1—列管2—膨胀节
壳体与传热管壁温度之差大于50 C，加补偿圈，也称膨胀节，当壳体和管束之间有温差时，依靠补偿圈的弹性变形来适应它们之间的不同的热膨胀。
特点：结构简单，成本低，壳程检修和清洗困难，壳程必须是清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。
（2）浮头式
1—分程板（管程隔板）2—壳程隔板3—内封头（浮头）
两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿管长方向浮动。
当壳体与管束因温度不同而引起热膨胀时，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应力。
特点：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应用较多的一种结构形式。
（3）U型管式
1—列管2—隔板
把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。
特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体，适用于高压气体的换热。
六、新型高效换热器
1. 螺旋板式换热器
➢结构：螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制成螺旋状而构成的。
换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。
2. 板式换热器
1.固定压紧板
2.夹紧螺栓
3.前端板
4.换热板片
5.密封垫片
6.后端板
7.下导板8.后支柱9.活动压紧板
10.上导板
结构紧凑，占用空间小很小的空间即可提供较大的换热面积，不需另外的拆装空间；相同使用环境下，其占地面积和重量是其他类型换热器的1/3～1/5。
3. 板翅式换热器
在两块平行金属板之间夹入波纹状金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体；
将各单元体进行不同的叠集和适当地排列，再用钎焊予以固定，形成逆流、并流和错流的板翅式换热器组装件(芯部或板束) ；将带有进、出口的集流箱焊接到板束上。
特点：传热效果更好、结构更为紧凑。
4. 热管式换热器
23—1—导管—吸液芯—蒸汽4—吸热蒸发端5—保温层6放热冷凝端
结构及工作原
理：将一根金属管的两端密封，抽出不凝性气体，充以一定量的某种工作液体而成。
当热管的一端被加热时，工作液体受热沸腾汽化，产生的蒸汽流至冷却端冷凝放出冷凝潜热，
冷凝液沿着具有毛细结构的吸液芯在毛细管力的作用下回流至加热段再次沸腾汽化，工作介质如此反复循环，热量则由热管的轴向由加热端传至冷却端。
附：
换热器：在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液体汽化或把蒸汽冷凝成液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。
进行热量传递的设备称为换热器。
换热器按用途分为以下几种：
1.加热器——把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相
的变化。
2.预热器——预先加热流体，为后序操作提供标准的工艺参数。
3.过热器——用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
4.蒸发器——用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
5.再沸器——用于使装置中冷凝了的液体再度加热，使其蒸发。
6.深冷器——用于把流体冷却到0℃以下的低温状态。
7.冷却器——用于把流体冷却到工艺要求的温度。
8.冷凝器——用于冷却凝结性气体，使其流体凝结液化。
9.全凝器——使凝结性气体全部冷凝为液体。
换热器按照内部结构分类
一、分为列管式换热器和非列管式换热器。
二、列管式换热器根据结构特点的不同可分为固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式。
三、非列管式换热器分为：沉浸式、套管式、喷淋式、板式、螺旋板式和热管式。