根据传热原理和实现热交换的方法： （一）间壁式（根据换热面的型式分为：管式、板式、翅片式） 1、管式换热器 1）沉浸式换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在容器内的液体中。蛇管内、外的两种流体进行热量交换。几种常见的蛇管形式如图所示。 优点 ：结构简单、价格低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造 缺点 ：容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。 2）喷淋式换热器 喷淋式换热器也为蛇管式换热器，多用作冷却器。这种换热器是将蛇管成行地固定在钢架上，热流体在管内流动，自最下管进入，由最上管流出。冷水由最上面的淋水管流下，均匀地分布在蛇管上，并沿其两侧逐排流经下面的管子表面，最后流入水槽而排出，冷水在各排管表面上流过时，与管内流体进行热交换。这种换热器的管外形成一层湍动程度较高的液膜，因而管外对流传热系数较大。另外，喷淋式换热器常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量，提高了冷却效果。因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果要好得多。同时它还便于检修和清洗等优点。其缺点是喷淋不易均匀。 3）列管式换热器 优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。 在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温差较大，就可能由于热应力而引起设备变形，管子弯曲，甚至破裂或从管板上松脱。因此，当两流体的温差超过50℃时，就应采用热补偿的措施。根据热补偿方法的不同，列管式换热器分为以下几种主要形式： （1）固定管板式 其板和壳体制成一体。因此它具有结构简单和成本低的优点。但是壳程清洗和检修困难，要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的物料。当两流体的温差较大时，应考虑热补偿。即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。这种补偿方法简单，但不宜应用两流体温差过大（应不大于70℃）和壳程流体压强过高的场合。 （2）浮头式换热器 浮头式换热器的特点是有一端管板不与外壳连为一体，可以沿轴向自由浮动。这种结构不但完全消除了热应力的影响，且由于固定端的管板以法兰与壳体连接，整个管束可以从壳体中抽出，因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍，但它的结构比较复杂，造价较高。 （3）U型管式换热器 其每根管子都弯成U型，进出口分别安装在同一管板的两侧，封头用隔板分成两室。这样，每根管子可以自由伸缩。而与其他管子和壳体均无关。这种换热器结构比浮头式简单，重量轻，但管程不易清洗，只适用于洁净而不易结垢的流体，如高压气体的换热。 2）螺旋板式换热器 螺旋板式换热器是由两张间隔一定的平行薄金属板卷制而成，在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央设有隔板，将螺旋形通道隔开，两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧焊有盖板。冷热流体分别通过两条通道，在器内逆流流动，通过薄板进行换热。 螺旋板式换热器的优点： 1）传热系数高：螺旋流道中的流体由于惯性离心力的作用和定距柱的干扰，在较低的雷诺数（一般Re=1400-1800或更低些）下即达到湍流，并且允许选用较高的流速（对液体为2m/s，气体为20m/s），故传热系数较高。如水对水的换热，其传热系数可达2000-3000W/（m2*K），而列管式换热器一般为1000-2000 W/（m2*K）。 2）不易结垢和堵塞：由于流体的速度较高，又有惯性离心力的作用，流体中悬浮的颗粒被抛向螺旋形通道的外缘而受到流体本身的冲刷，故螺旋板换热器不易结垢和堵塞，适合处理悬浮液及粘度较大的介质。 3）能利用温度较低的热源：由于流体流动的流道较长和两流体可进行完全逆流，故可在较小的温差下操作，能充分利用温度较低的热源。 4）结构紧凑：单位体积的传热面积为列管式的3倍，可节约金属材料。 螺旋板换热器的主要缺点是： (1）操作压强和温度不宜太高：目前最高操作压强不超过2MPa，温度不超过300-400℃。 （2）不易检修：因整个换热器被焊成一体，一旦损坏，修理很困难。 (3）板式换热器 平板式换热器简称板式换热器，是由一组长方形的薄金属板平行排列，加紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后板间形成密封的流体通道，且可用垫片厚度调节通道的大小。每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有一对圆孔和一组板间流道相通，另外一对圆孔则通过在孔的周围放置垫片而阻止流体进入该组板间的通道。这两对圆孔的位置在相邻板上是错开的以分别形成两流体的通道。冷热流体交错地在板片两侧流过，通过板片进行换热。板片厚度约为0.5-3mm，通常压制成凹凸地波纹状。例如人字形波纹板。增加了板的刚度以防止板片受压时变形，同时又使流体分布均匀，增强了流体湍动程度和加大了传热面积，有利于传热。 平板式换热器的优点是： 1）传热系数高：由于平板式换热器中板面有波纹或沟槽，可在低雷诺数（Re=200左右）下即达到湍流。而且板片厚度又小，故传热系数大。例如水对水的传热系数可达1500-4700W/（m2*℃）。 2）结构紧凑：一般板间距为4-6mm，单位体积设备可提供的传热面为250-1000m2/m3（列管式换热器只有40-150 m2/m3）。平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上）具有可拆结构：可根据需要，用调节板片数目的方法增减传热面积。操作灵活性大，检修、清洗也都比较方便。 板式换热器的主要缺点: 允许的操作压强和温度都比较低。通常操作压强低于1.5MPa，最高不超过2.0MPa，压强过高容易泄露。操作温度受垫片材料的耐热性限制，一般不超过250℃。另外由于两板的间距仅几毫米，流通面积较小，流速又不大，处理量较小。 螺旋板式换热器和平板式换热器都具有结构紧凑，材料消耗低，传热系数大的特点，都属于新型的高效紧凑式换热器。这类换热器一般都不耐高温高压，但对于压强较低，温度不高或腐蚀性强而需用贵重材料的场合，则显示出更大的优越性，目前已广泛应用于食品、轻工和化学等工业。 二、换热器的换热效率的强化 1、传热过程的强化途径 换热器的强化，就是提高换热器中冷、热流体间的传热效率。 1）增大传热面积 增大传热面积，可以提高换热器的传热速率。但是增大传热面积不能靠增大换热器的尺寸来实现，而是要从设备的结构入手，提高单位体积的传热面积。如采用小直径管，用螺旋管、波纹管代替光滑管，采用翅片式换热器等都是增大传热面积的有效方法。 2） 增大平均温差 平均温差的大小主要取决与两流体的温度条件。物料的温度由生产工艺所决定，一般不能随意变动，而加热介质或冷却介质温度由于所选介质不同，可以有很大差异，如化工中常用的加热介质是饱和水蒸气，提高蒸汽的压强就可以提高蒸汽的温度。但提高介质的温度必须考虑到技术上的可能和经济上的合理。当换热器中两流体均无相变时，应尽可能从结构上采用逆流或接近逆流的流向以得到较大的传热温差。 3）增大传热系数 增大K值是在强化过程中应该着重考虑的方面。由于换热器中的传热过程是稳态的串联传热过程，欲提高K值，就必须减小对流传热热阻、污垢热阻和管壁热阻。由于各项热阻所占比重不同，故应设法减小其中较大的热阻。 在换热设备中，金属壁面比较薄且导热系数高，一般不会成为主要热阻。 污垢热阻是一个可变因素，在换热器投入使用时，污垢热阻很小，不会成为主要矛盾。但随着使用时间加长，便可能成为阻碍传热的主要因素。因此，应通过增大流速等手段设法减弱垢层的形成和发展，并注意及时清除污垢。 （一）换热器的日常维护 ◆ 酸洗法 酸洗法是用盐酸作为清洗剂，酸洗法又分浸泡法和循环法两种。 ◆ 机械清洗法 ◆ 高压水冲洗法 课后问题讲解： Q1：换热器开工停工一般应遵循什么顺序？装置开停工过程中，换热器应缓慢升温和降温避免造成压差过大和热冲击，同时应遵循停工时“先热后冷”，即先退热介质，再退冷介质；开工时“先冷后热”，即先进冷介质，后进热介质。Q2:新换热器应该如何验收后再投用了？ 第一、强度试验一般用液压试验，其试验压力为设计压力的1.25倍，当不能采用液压实验时，可采用气压试验，其试验压力为设计的1.15倍。采取气压实验时，必须采用严格的安全措施，并经技术负责人批准。试压时两通道要保持一定压差。在整个试压过程中，注意观察有无泄漏现象，当试验压力高时，还注意两端面得变形。 第二、气密性试验在水压试压后，以操作压力的1.05倍进行试验。用肥皂溶剂检漏，不冒气泡合格。已做过气压试压试验，并经检查合格的，可免做气密性试验 Q3:化学清洗应该注意哪些方面了？ 化学除垢。首先应对结垢的物质进行化学分析，再决定采用什么溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、洗涤剂等，与水按一定比例配置清洗。采用化学清洗时必须考虑加入缓蚀剂。经过化学清洗后，加清水循环冲洗数次，直至水呈中性为止。
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