板式换热器类型及特点

01 夹套式换热器

夹套式换热器是在容器外壁安装夹套制成。这种换热器结构简单，但其加热面受容器壁面限制，总传热系数也不高，为提高总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板或采取其他增加湍动的措施，以提高夹套一侧的对流传热系数。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。

夹套式换热器结构示意图与外形图

1—蒸气进口；2—釜；3—夹套；4—冷凝水出口；5—冷凝水排除器

02 螺旋板式换热器

螺旋板式换热器是由两块薄金属板焊接在一块分隔挡板（图中心的短板）上并卷成螺旋形而制成的。两块薄金属板在器内形成两条螺旋形通道，在顶、底部上分别焊有盖板或封头。进行换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内做严格的逆流流动。

 螺旋板式换热器

因用途不同，螺旋板式换热器的流道布置和封盖形式，有下面几种型式。

①“Ⅰ”型结构。两个螺旋流道的两侧完全为焊接密封的“Ⅰ”型结构，是不可拆结构。两流体均做螺旋流动，通常冷流体由外周流向中心，热流体从中心流向外周，即完全逆流流动。这种型式主要应用于液体与液体间传热。

②“Ⅱ”型结构。一个螺旋流道的两侧为焊接密封，另一流道的两侧是敞开的，因而一流体在螺旋流道中做螺旋流动，另一流体则在另一流道中做轴向运动。这种型式适用于两流体流量差别很大的场合，常用作冷凝器、气体冷却器等。

③“Ⅲ”型结构。一种流体做螺旋流动，另一流体是轴向流动和螺旋流动的组合。适用于蒸气的冷凝冷却。

螺旋板换热器的直径一般在1.6m以内，板宽200～1200mm，板厚2～4mm，两板间的距离为5～25mm。常用材料为碳钢和不锈钢。

优点：

①总传热系数高。由于流体在螺旋通道中流动，在较低的雷诺数（一般Re=1400～1800，有时低到500）下即可达到湍流，并且可选用较高的流速（对液体为2m/s，气体为20m/s），故总传热系数较大。

②不易堵塞。由于流体的流速较高，流体中悬浮物不易沉积下来，并且任何沉积物将减小单流道的横断面，因而使速度增大，对堵塞区域又起到冲刷作用，故螺旋板换热器不易被堵塞。

③能利用低温热源和精密控制温度。这是流体流动的流道长及两流体完全逆流的缘故。

④结构紧凑。单位体积的传热面积为列管换热器的3倍。

缺点：

①操作压强和温度不宜太高，目前最高操作压强为2000kPa，温度约在400℃以下。

②不易检修。因整个换热器为卷制而成，一旦发生泄漏，修理内部很困难。

03 平板式换热器

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的。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，且可用垫片的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，通常压制成凹凸的波纹状，例如人字形波纹板，这样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。

平板式换热器结构示意图

1—接管；2—法兰；3—垫片；4—板片；5—固定压紧板；6—上导杆；7—中间隔板；8—滚动机构；9—活动压紧板；10—下导杆；11—夹紧螺杆；12—螺母；13—支柱

优点：

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·K）。

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40～150m2/m3）。平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上。

③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。

缺点：是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，压强过高容易泄漏。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、轻工等工业。

04 板翅式换热器

板翅式换热器是一种更为高效、紧凑、轻巧的换热器，过去由于制造成本较高，仅用于宇航、电子、原子能等少数部门，现在已逐渐用于石油化工及其他工业部门，取得良好效果。

板翅式换热器的结构形式很多，但是基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板之间，加入波纹状或其他形状的金属翅片，将两侧面封死，即成为一个换热基本元件。将各基本元件进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，即可制成并流、逆流或错流的板束（或称芯部），然后再将带有流体进出口接管的集流箱焊在板束上，即成为板翅式换热器。我国目前常用的翅片形式有平直型翅片、锯齿型翅片和多孔型翅片三种。

板翅式换热器的板束及基本单元结构

1，5—隔板；2，4—封条；3—翅片

优点：是结构高度紧密，轻巧，单位体积设备所提供的传热面一般能达到2500m2/m3，最高可达4300m2/m3。通常用铝合金制造，故重量轻，在相同的传热面下，其重量约为列管式的十分之一。由于翅片促进了流体的湍动并破坏了热边界层的发展，故其传热系数较高。另外铝合金不仅热导率高，而且在零度以下操作时，其延性和抗拉强度都很高，适用于低温和超低温的场合，故操作范围广，可在200℃至绝对零度范围内使用。同时因翅片对隔板有支撑作用，板翅式换热器允许操作压强也比较高，可达5MPa。

缺点：设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难，故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板的翅片均由薄铝板制成，故要求介质对铝不腐蚀。