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石油化工项目可行性研究报告编制规定  电子书小商店10 1. 换热器概述 换热器（Heat Exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，是一种在不同温度下的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一，又称热交换器。 换热器是石油化工生产中重要的单元设备之一，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%，有的甚至高达30%，可想而知其重要性是不言而喻。 2. 应用领域 换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、冰箱中的蒸发器、汽轮机装置中的凝汽器、石化装置工艺流程中的各种热交换器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药及其它许多工业生产中占有重要地位，其在石油化工行业生产中可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，随着时代的进步、科技的不断发展，换热器在我们的生活、生产中的利用价值越来越突出。 换热器在工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。 据相关统计，我国换热器产业保持年均10-15%左右的速度增长，换热器的产业市场规模在769亿元左右（截止2015年）,石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场（约占30%）,其次为电力冶金领域（约占16%），随后为船舶工业（约占8%），机械工业（约占8%），集中供暖行业，食品工业。另外，航天飞行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电、多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器，约占有25%的市场规模。 3. 换热器发展 由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。 70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又开发出热管式换热器。 20世纪80年代后，大量的强化传热元件被推向市场，如折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸发式空冷器等高效换热器。 进入21世纪后，大量的强化传热技术应用于工业装置，世界换热器产业在技术水平上获得了快速提升，板式换热器日渐崛起。 4. 换热器换热原理 热量从高温物体传送给低温物体称为传热。传热的方式有三种：传导、对流和辐射。在换热设备中主要是以传导和对流两种方式进行换热的，热流体(t1)先以对流传热方式将热量Q传给管（板）壁的一侧(t2)再以传导传热方式将热量传过管（板）壁(t3) ，最后管（板）壁另一侧又将热量以对流传热方式传给了冷流体(t4)。 换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，逆流的平均温差最大、顺流最小。 顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。 当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。 在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。 增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。 5. 换热器分类 换热器应用领域极其广泛，适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，其结构型式也很不同，业内通常按传热原理或者用途分类。 5.1 按传热原理分类 5.1.1 间壁式换热器 间壁式换热器是冷热温度不同的两种流体在被一固体壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热，是目前应用最为广泛的一类换热器。 按照传热面的形状与结构特点它又可分为： 管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等； 板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等； 扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。 5.1.2 直接接触式换热器 又称混合式换热器，是利用冷、热两种流体直接接触，彼此混合进行热量交换的设备。结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。 例如，冷水塔、气体冷凝器等。 5.1.3 蓄热式换热器 热传递通过固体物质（格子砖或填料等）构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体。热介质先通过加热固体物质，把热量积蓄在蓄热体中，达到一定温度后，再让冷介质通过蓄热体被加热，使之达到热量传递的目的。 由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。 蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于气--气热交换的场合。 蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 5.1.4 流体连接间接式换热器 是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。 5.1.5 复式换热器 兼有汽水面式间接换热及水水直接混流换热两种换热方式的设备。同汽水面式间接换热相比，具有更高的换热效率；同汽水直接混合换热相比具有较高的稳定性及较低的机组噪音。 5.2 按用途分类 5.2.1 加热器 加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。 5.2.2 预热器 预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 5.2.3 过热器 过热器是将一定压力下的饱和流体（工艺气或蒸汽）加热到相应压力下的过热蒸汽状态。 5.2.4 蒸发器 蒸汽发生器（俗称蒸汽锅炉）是利用燃料或其他能源的加热流体，把水加热，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。 5.2.5 再沸器 （也称重沸器）是使液体再一次升温汽化。 5.2.6 冷凝器 把气体或蒸气转变成液体，将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空间中。冷凝器工作过程是个放热的过程，所以冷凝器温度都是较高的。 5.3 换热器产品分类及技术特征如下表：
6. 换热器结构及特点 6.1 管壳式换热器的结构及特点
6.1.2 管壳式换热器型号：
结构形式用三个英文字母以此表示前端结构、壳体和后端结构（包括管束）3部分，详细分类型式及代号见下图：
下图为TEMA标准中结构形式，与GB151基本一致。
6.1.3 管壳式换热器的结构及特点 管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，其具体结构如下图所示。
壳体多为圆筒形，内部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次就称为一个壳程，而图A所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分为若干组。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，也可以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。多管程与多壳程可以配合使用。管束的壁面即为传热面。管子型号通常为φ16mm、φ20mm或φ25mm，管壁厚度通常为1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。进口管直径最低可到8mm，壁厚仅为0.6mm。 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可以分为以下几种主要类型： （1）固定管板式换热器：其结构如图1所示。
换热器的管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程，同时制造成本较低。由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产生污垢也便于清洗。如果管子发生泄漏或损坏，也便于进行堵管或换管，但无法在管子的外表面进行机械清洗，且难以检查，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。更主要的缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生较大的温差应力，因此为了减少温差应力，通常需在壳体上设置膨胀节，利用膨胀节在外力作用下产生较大变形的能力来降低管束与壳体中的温差应力。 这种换热器结构比较简单，但有其局限性。介质温度及两种流体温差不能过大。 （2）浮头式换热器：其结构如图2所示。
管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故当管束与壳体两侧介质的温差较大受热伸长时，壳体和管束相对膨胀是自由的，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。由上述特点可知，浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合，尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。 浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着浮头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。 在设计时必须考虑浮头管板的外径。该外径应小于壳体内径，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙等于3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别注意其密封。 浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管受到不断涌现的新型换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中仍占主导地位。 浮头式换热器优点： （1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； （2）介质间温差不受限制； （3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450度，压力小于等于6.4兆帕； （4）可用于结垢比较严重的场合； （5）可用于管程易腐蚀场合。 浮头式换热器缺点： （1）小浮头易发生内漏； （2）金属材料耗量大，成本高20%； （3）结构复杂 （3）U型管式换热器：其结构可参见图3。
每根管子都弯成U形，一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束，从而省去了一块管板与一个管箱。因为管束与壳体是分离的，在受热膨胀时，彼此间不受约束，故消除了温差应力。进、出口分别安装在同一管板的两侧，并将封头以隔板分成两室。其结构简单，造价便宜，管束可以在壳体中抽出，管外清洗方便，但管内清洗困难，只能用化学方法清洗，故最好让不易结垢的物料从管内通过。由于弯管的外侧管壁较薄以及管束的中央部分存在较大的空隙，故U型管换热器具有承压能力差、传热能力不佳的缺点。通常用于高温高压和物料较清洁的场合。 （4） 双重管式换热器：将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器，其结构可以参看图4。
管程流体（B流体）从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底部，然后返回，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热，但管程流体的阻力较大，设备造价较高。 （5） 填料函式换热器：结构参照图5。 管束一端与壳体之间用填料密封，管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰和壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低，但填料处容易泄漏，工作压力与温度受一定限制，直径也不宜过大。
6.1.4 管壳式换热器发展趋势： 大量的应用，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。国内在不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金（具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜）及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再采用强化管传热，效果将更好。如采用螺旋管束设计，可以最大限度的增加湍流效果，加大换热效率，内部壳层和管层的不对称设计，最大可以达到4.6倍，这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。最大换热效率可以达到14000w/m2.k，大大提高生产效率，节约成本。 目前国内已能对材料进行喷涂，在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩，有效的提高了能源的利用率，成本降低，效益提高。 管壳换热器的结构不算复杂，造价不高，可选用多种结构材料，管内清洗方便，适应性强，处理量较大，高温高压条件下也能应用，但传热效率、结构的紧凑性、单位传热面的金属消耗量等方面尚有待改善。 6.2 套管式换热器 6.2.1 结构原理 套管式换热器是由两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，并由U形弯头连接而成，以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。 每一段套管称为“一程“，程的内管（传热管）借U形肘管，而外管用短管依次连接成排，固定于支架上。 这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大；两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大，通常热流体由上部引入，而冷流体则由下部引入。 套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目)， 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，适用于小容量换热。当内外管壁温差较大时，可在外管设置U形膨胀节或内外管间采用填料函滑动密封，以减小温差应力。管子可用钢、铸铁、铜、钛、陶瓷、玻璃等制成，若选材得当，可用于腐蚀性介质的换热，这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油化工等工业部门。
6.2.2 优点 ① 结构简单。因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外加工。 ② 传热效能高。它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的传热系数，因此它的传热效果好。液-液换热时，传热系数为 870～1750W/（m2·℃）。这一点特别适合于高压、小流量、低传热系数流体的换热。 ③ 工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数，是单位传热面的金属消耗量大，为增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。 ④ 可以根据安装位置任意改变形态，利于安装。 6.2.3 缺点 ① 检修、清洗和拆卸都较麻烦。 ② 生产中，有较多材料选择受限，由于套管式换热器大多是内管中不允许有焊接，因为焊接会造成受热膨胀开裂，而套管式换热器大多数为了节省空间选择，弯制，盘制成蛇管形态，故有较多特殊的耐腐蚀材料无法正常生产。 ③ 占地面积大，单位传热面积金属耗量多，约为管壳式换热器的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。 ④ 目前国内还没有形成统一的焊接标准，各个企业都是根据其他换热产品经验选择焊接方式，因此在焊接处出现各类问题司空见惯，需要经常注意检查，保养。 6.2.4 清洗 套管式换热器长期运行会导致设备被水垢堵塞，将会使效率降低、能耗增加、寿命缩短。如果水垢不能被及时地清除，就会面临设备维修、停机或者报废更换的危险。 长期以来传统的清洗方式如机械方法（刮、刷）、高压水、化学清洗(酸洗)等在对换热器清洗时出现很多问题：不能彻底清除水垢等沉积物，并对设备造成腐蚀，残留的酸对材质产生二次腐蚀或垢下腐蚀，最终导致更换设备，清洗废液有毒，需要大量资金进行废水处理。可采用高效环保清洗剂避免上述情况，其具有高效、环保、安全、无腐蚀特点，不但清洗效果良好而且对设备没有腐蚀，能够保证设备的长期使用。 6.3 夹套式换热器： 这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.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.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。 6.4 沉浸式蛇管换热器： 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小.为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。 6.5 喷淋式换热器： 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多.另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用.因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。 6.6 板式换热器 板换是最典型的间壁式换热器，在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。常规结构如下：
1.固定板 2.压板 3.支撑 4.横梁 5.导向 6.扎架托辊 7.拉紧螺栓 8.固定螺丝 9.橡胶衬垫（钛、不锈） 10.垫片（橡胶） 11.板式转换层 可拆卸板式换热器是由许多冲压有一定波纹形状的金属薄板按一定间隔，板间的四周通过胶条垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。 板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。长期在市场占据主导地位，具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积 小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。但是其更换胶条价 价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2）。 6.6.1 板换特点：（板式换热器与管壳式换热器的比较） a.传热系数高，高效节能； 由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，其换热系数在3000～4500kcal/m2·℃·h，在相同压力损失情况下，一般认为是管壳式的3~5倍。 b.对数平均温差大，末端温差小。 在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃。 c. 结构紧凑，占地面积小。 板式换热器板片紧密排列，地面积和占用空间较少，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/3。面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。 d. 适应性强,容易改变换热面积或流程组合； 板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求,只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。 e.重量轻； 板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热 管的厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。 f. 价格低； 采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。 g. 制作方便,使用寿命长； 板式换热器的传热板是采用不锈钢或钛合金板片冲压加工，可耐各种腐蚀介质，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。 h. 容易清洗拆装方便； 框架式板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，胶垫可随意更换，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。 i. 热损失小； 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施，热回收率可高达90%以上。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。 j. 容量较小； 约为管壳式换热器的10%~20%。 k. 单位长度的压力损失大； 由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。 l. 不易结垢； 由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10. m. 工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，可能发生泄露； 板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。 n. 易堵塞； 由于板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。 o.使用寿命长； 板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。 p.不串液； 板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。 6.6.2 板换的分类 一般情况下，我们主要根据结构来区分板式换热器，也就是根据外形来区分，可分为四大类： ① 可拆卸板式换热器（又叫带密封垫片的板式换热器） ② 焊接板式换热器 ③ 螺旋板式换热器 ④ 板卷式换热器（又叫蜂窝式换热器）。 其中，焊接板式换热器又分为：半焊接板式换热器、全焊接板式换热器、板壳式换热器、钎焊板式换热器。
经常用到的分类还有以下： ① 根据单位空间内的换热面积的多少，板式换热器属于紧凑式换热器，主要是与管壳式换热器进行比较，传统的管壳式换热器占地较大。 ② 根据工艺用途，又有不同的叫法：板式加热器、板式冷却器、板式冷凝器、板式预热器； ③ 根据流程组合，分为单程板式换热器和多程板式换热器； ④ 根据两种介质的流动方向，分为顺流（并流）板式换热器、逆流板式换热器、交叉流（横流）板式换热器，后两者用的比较多； ⑤ 按照流道的间隙大小，分为常规间隙板式换热器和宽间隙板式换热器； ⑥ 按照波纹，板式换热器有更详细的分别，不再累述，请参考：板式 换热器板片波纹形式。 ⑦ 按照是否是成套产品，可分为单机板式换热器、板式换热器机组。 6.7 混合式换热器 混合式热交换器是依靠冷、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中。 按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型： (1)冷却塔(或称冷水塔) 在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。 (2)气体洗涤塔(或称洗涤塔) 在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点：所以，在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用！ (3)喷射式热交换器 在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。 (4)混合式冷凝器 这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝。 6.8 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。 蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。 6.9 换热器陶瓷 陶瓷换热器是一种新型的列管式高温热能回收装置，主要成份为碳化硅，可以广泛用于冶金、机械、建材、化工等行业，直接回收各种工业窑炉排放的850－1400℃高温烟气余热，以获得高温助燃空气或工艺气体。
陶瓷换热器 研制成的这种装置的换热元件材料系一种新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高温和抗热冲击的优异性能，从 1000 ℃ 风冷至室温，反复50 次以上不出现裂纹；导热系数与不锈钢等同；在氧化性和酸性介质中具有良好的耐蚀性。在结构上成功地解决了热补偿和较好地解决了气体密封问题。该装置传热效率高，节能效果显著，用以预热助燃空气或加热某些过程的工艺气体，可节约一次能源，燃料节约率可达30%－55%，并可强化工艺过程，显著提高生产能力。 陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同，导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温度较高的地方，不需要掺冷风及高温保护，当窑炉温度1250-1450℃时，烟道出口的温度应是1000-1300℃，陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃，将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，这样直接降低生产成本，增加经济效益。 陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题。它的主要优点是：导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。 6.10 涡流热膜换热器 涡流热膜换热器是采用最新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率，最高可达10000W/m2℃。 这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。 涡流热膜换热器的最大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间，换热管和壳体之间流动关系，不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流，而是靠换热管之间自然诱导形成交替漩涡流，并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好，不会彼此碰撞，既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题，又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。 性能特点: （1）高效节能，该换热器传热系数为6000-8000W/m2.℃。 （2）全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上。 （3）改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻。 （4）换热速度快，耐高温（400℃），耐高压（2.5Mpa）。 （5）结构紧凑，占地面积小，重量轻，安装方便，节约土建投资。 （6）设计灵活，规格齐全，实用针对性强，节约资金。 （7）应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。 （8）维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便。 （9）采用纳米热膜技术，显著增大传热系数。 （10）应用领域广阔。 |
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