動態圖解各種換熱器工作原理和特點

能源家居築龍暖通 2018-12-10

一、U型管式換熱器

每根管子都彎成U形，固定在同一側管板上，每根管可以自由伸縮，也是為了消除熱應力。

性能特點：

此類換熱器的特點是管束可以自由伸縮，不會因管殼之間的溫差而產生熱應力，熱補償性能好；管程為雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好；承壓能力強；管束可從殼體內抽出，便於檢修和清洗，且結構簡單，造價便宜。

其缺點是管內清洗不便，管束中間部分的管子難以更換，又因最內層管子彎曲半徑不能太小，在管板中心部分佈管不緊湊，所以管子數不能太多，且管束中心部分存在間隙，使殼程流體易於短路而影響殼程換熱。此外，為了彌補彎管後管壁的減薄，直管部分需用壁較厚的管子。這就影響了它的使用場合，僅宜用於管殼壁溫相差較大，或殼程介質易結垢而管程介質清潔及不易結垢，高溫、高壓、腐蝕性強的情形。】

二、沉浸式蛇管換熱器

沉浸式蛇管換熱器以蛇形管作為傳熱元件的換熱器，是間壁式換熱器種類之一。根據管外流體冷卻方式的不同，蛇管式換熱器又分為沉浸式和噴淋式。

優點：

這是一種古老的換熱設備。它結構簡單，製造、安裝、清洗和維修方便，便於防腐，能承受高壓，價格低廉，又特別適用於高壓流體的冷卻、冷凝，所以現代仍得到廣泛應用。

缺點：

由於容器體積比管子的體積大得多、笨重、單位傳熱面積金屬耗量多，因此管外流體的表面傳熱係數較小。為提高傳熱係數，容器內可安裝攪拌器。

三、列管式換熱器

冷流體走管內，熱流體經摺流板走管外，冷、熱流體通過間壁換熱。

性能特點：

列管式換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機械清洗。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，並在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一系列垂直於管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內管外是兩種不同溫度的流體。因此，當管壁與殼壁溫差較大時，由於兩者的熱膨脹不同，產生了很大的溫差應力，以至管子扭彎或使管子從管板上鬆脫，甚至毀壞換熱器。

為了克服溫差應力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節）只能用在殼壁與管壁溫差低於60～70℃和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過 0.6Mpa時由於補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償的作用，就應考慮其他結構。

四、螺旋板式換熱器

由兩塊相互平行的鋼板，卷製成相互隔開的螺旋形流道。螺旋板的兩端焊有蓋板。冷熱流體分別在兩流道內流動。

性能特點：

1、傳熱效率高（性能好）

一般認為螺旋板式換熱器的傳熱效率為列管式換熱器的1-3倍。等截面單通道不存在流動死區，定距柱及螺旋通道對流動的擾動降低了流體的臨界雷諾數，水水換熱時螺旋板式換熱器的傳熱係數最大可達3000W/（㎡.K）。

2、有效回收低溫熱能

螺旋板式換熱器由兩張卷制而成，進行餘熱回收，充分利用低溫熱能。

3、運行可靠性強

不可拆式螺旋板式換熱器螺旋通道的端面採用焊接密封，因而具有較高的密封性，保證兩種工作介質不混合。

4、阻力小

在殼體上的接管採用切向結構。比較低的壓力損失，處理大容量蒸汽或氣體；有自清刷能力，因其介質呈螺旋型流動，汙垢不易沉積；清洗容易，可用蒸汽或鹼液沖洗，簡單易行，適合安裝清洗裝置；介質走單通道，允許流速比其他換熱器高。

5、可多臺組合使用

單臺設備不能滿足使用要求時，可以多臺組合使用，但組合時必須符合下列規定：並聯組合、串聯組合、設備和通道間距相同。混合組合：一個通道並聯，一個通道串聯。

五、噴淋式換熱器

熱流體在裸露的管中流過，冷卻水噴淋流過蛇管。

性能特點：

這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內流動,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,管外給熱係數較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作用.因此,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

六、熱管換熱器

一根密封的金屬管子，管內壁覆蓋一層有毛細結構材料作成的芯網，其中間是空的。管內裝有一定量的熱載體（如液氨、氟利昂等），被氣化，流向冷端，蒸汽在冷端被冷凝，放出汽化潛熱，而加熱了冷流體。冷凝液又流回熱端，如此反覆。

性能特點：

1、熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發生破壞時基本不影響換熱器運行。熱管換熱器用於易然、易爆、腐蝕性強的流體換熱場合具有很高的可靠性。

2、熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動，可以比較容易的實現冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動，由於管外流動的換熱係數遠高於管內流動的換熱係數，用於品位較低的熱能回收場合非常經濟。

3、對於含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結構的變化、擴展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。

4、熱管換熱器用於帶有腐蝕性的煙氣餘熱回收時，可以通過調整蒸發段、冷凝段的傳熱面積來調整熱管管壁溫度，使熱管儘可能避開最大的腐蝕區域。

七、套管式換熱器

冷、熱流體分別在內管和套管中流動並換熱。

優點：

這種換熱器具有若干突出的優點，所以至今仍被廣泛用於石油化工等工業部門。

①結構簡單，傳熱面積增減自如。因為它由標準構件組合而成，安裝時無需另外加工。

②傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同時還可以選取合適的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側流體的傳熱係數，因此它的傳熱效果好。液-液換熱時，傳熱係數為 870～1750W/（m2·℃）。這一點特別適合於高壓、小流量、低傳熱係數流體的換熱。套管式換熱器的缺點是佔地面積大；單位傳熱面積金屬耗量多，約為管殼式換熱器的5倍；管接頭多，易洩漏；流阻大。

③結構簡單，工作適應範圍大，傳熱面積增減方便，兩側流體均可提高流速，使傳熱面的兩側都可以有較高的傳熱系數，是單位傳熱面的金屬消耗量大，為增大傳熱面積、提高傳熱效果，可在內管外壁加設各種形式的翅片，並在內管中加設刮膜擾動裝置，以適應高粘度流體的換熱。

④可以根據安裝位置任意改變形態，利於安裝。

缺點：

①檢修、清洗和拆卸都較麻煩，在可拆連接處容易造成洩漏。

②生產中，有較多材料選擇受限，由於套管式換熱器大多是內管中不允許有焊接，因為焊接會造成受熱膨脹開裂，而套管式換熱器大多數為了節省空間選擇，彎制，盤製成蛇管形態，故有較多特殊的耐腐蝕材料無法正常生產。

③套管換熱器國內還沒有形成統一的焊接標準，各個企業都是根據其他換熱產品經驗選擇焊接方式，所以，套管式換熱器的焊接處，出現各類問題司空見慣，需要經常注意檢查，保養。

八、具有補償圈的換熱器

當流體為高溫換熱時，由於殼體與管束因溫度相差太大，引起不同的熱膨脹率，補償圈就是為了消除這種熱應力。

九、浮頭式換熱器

兩端的管板，有一段不與殼體相連，可以在管長方向自由浮動，當殼體與管束因溫度不同而引起不同的熱膨脹時，可以消除熱應力。

優點：

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；

（2）介質間溫差不受限制；

（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小於等於450度，壓力小於等於6.4兆帕；

（4）可用於結垢比較嚴重的場合；

（5）可用於管程易腐蝕場合。

缺點：

（1）小浮頭易發生內漏；

（2）金屬材料耗量大，成本高20%；

（3）結構複雜

十、夾套式換熱器

夾套式換熱器是間壁式換熱器的一種，在容器外壁安裝夾套製成；

性能特點：

結構簡單，但其加熱面受容器壁面限制，傳熱係數也不高。為提高傳熱係數且使釜內液體受熱均勻，可在釜內安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側的給熱係數。為補充傳熱面的不足，也可在釜內部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用於反應過程的加熱和冷卻。

十一、板翅式換熱器

由隔板、翅片和側條組成單元體，多個單元體經逆流或錯流組裝為組裝件，再將帶有集流出口的集流箱焊接到組裝件上。由於材料輕薄，換熱面積與換熱器體積之比可達4000㎡.m-3。

性能特點：

（1）傳熱效率高，由於翅片對流體的擾動使邊界層不斷破裂，因而具有較大的換熱係數；同時由於隔板、翅片很薄，具有高導熱性，所以使得板翅式換熱器可以達到很高的效率。

（2）緊湊，由於板翅式換熱器具有擴展的二次表面，使得它的比表面積可達到1000㎡/m3。

（3）輕巧，原因為緊湊且多為鋁合金製造，現在鋼製，銅製，複合材料等的也已經批量生產。

（4）適應性強，板翅式換熱器可適用於：氣－氣、氣－液、液－液、各種流體之間的換熱以及發生集態變化的相變換熱。通過流道的佈置和組合能夠適應：逆流、錯流、多股流、多程流等不同的換熱工況。通過單元間串聯、並聯、串並聯的組合可以滿足大型設備的換熱需要。工業上可以定型、批量生產以降低成本，通過積木式組合擴大互換性。

（5）製造工藝要求嚴格，工藝過程複雜。

（6）容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修很困難，故只能用於換熱介質乾淨、無腐蝕、不易結垢、不易沉積、不易堵塞的場合。

十二、渦流熱膜換熱器

流熱膜換熱器體積只有傳統管殼式換熱器的1/5，採用全不鏽鋼焊接結構。既具有釺焊板式換熱器體積小、耐高溫的優勢，又克服了框架板式換熱器膠條老化、維護費用高的缺陷，它採用經納米技術處理的不鏽鋼渦流管作為換熱元件，極大提高了換熱器的整體性能。