換熱器

是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。在化工 生產中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類 即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應用最多。

換熱器工作原理它主要是用于干燥系統(tǒng)中空氣加熱，是熱風裝置中的主要設備，散熱器采用的熱介質可以是蒸汽或熱水，也可用導熱油，蒸氣的工作壓力一般不超過0.8Mpa，熱空氣的溫度在150℃以下。

夾套式換熱器：

這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結構簡單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)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系數(shù).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于反應過程的加熱和冷卻。

這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應的形狀,并沉浸在容器內的液體中.蛇管換熱器的優(yōu)點是結構簡單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制造;其缺點是容器內液體湍動程度低,管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù),容器內可安裝攪拌器。

噴淋式換熱器：

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,管外給熱系數(shù)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(fā)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。套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中,一種流體走管內,另一種流體走環(huán)隙,兩者皆可得到較高的流速,故 傳熱系數(shù)較大.另外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對數(shù)平均推動力較大。套管換熱器結構簡單,能承受高壓,應用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù) 目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點,在超高壓生產過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產過程) 中所用的換熱器幾乎全部是套管式。

板式換熱器：

最典型的間壁式換熱器,它在工業(yè)上的應用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導地位。主體結構由換熱板片以及板間的膠條組成。長期在市場 占據(jù)主導地位，但是其體積大，換熱效率低，更換膠條價格昂貴（膠條的更換費用大約占整個過程的1/3-1/2）.主要應用于液體-液體之間的換熱，行業(yè)內 常稱為水水換熱，其換熱效率在5000w/m2.K。　　為提高管外流體給熱系數(shù),通常在殼體內安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短 路,增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者應用更為廣泛.。　　目前，由于我 國新版GMP的推出，板式換熱將逐漸退出食品，飲料，制藥等衛(wèi)生級別高的行業(yè)。

管殼式(又稱列管式) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內部裝有平行管束或者螺旋管，,管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內進行 換熱的兩種流體,一種在管內流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管子的型號不一，過程一般為直徑16mm 20mm或者25mm三個型號，管壁厚度一般為1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。進口換熱器，直徑最低可以到8mm，壁厚僅為0.6mm。大大 提高了換熱效率，今年來也在國內市場逐漸推廣開來。管殼式換熱器，螺旋管束設計，可以最大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內部殼層和管層的不對稱設 計，最大可以達到4.6倍。這種不對稱設計，決定其在汽-水換熱領域的廣泛應用。最大換熱效率可以達到14000w/m2.k，大大提高生產效率，節(jié)約成 本?！　⊥瑫r，由于管殼式換熱器多為金屬結構，隨著我國新版GMP的推出，不銹鋼316L為主體的換熱器，將成為飲料，食品，以及制藥行業(yè)的必選。雙管板換熱器 也稱P型換熱器，是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管板，可以有效防止泄漏造成的污染?，F(xiàn)在國產品牌較少，價格昂貴，一般在10萬元以上，進口可以到幾十萬。符合新版GMP規(guī)定，雖價格昂貴，但決定其市場廣闊。

混合式換熱器：

混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速 率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及 化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調節(jié)工程以及其它許多生產部門中。

按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：

(1)冷卻塔(或稱冷水塔)在這種設備中，用自然通風或機械通風的方法，將生產中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。

(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業(yè)上用這種設備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中 的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多?？照{工程中廣泛使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式。噴淋室 不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，目前在一般建筑 中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設備使用。但是，在以調節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用!

(3)噴射式熱交換器在這種設備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶。

(4)混合式冷凝器這種設備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。

蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設備。內裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。第一 階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄 熱器交替使用，即當熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室，人造石 油廠中的蓄熱式裂化爐。蓄熱式換熱器一般用于對介質混合要求比較低的場合。

陶瓷換熱器是一種新型的列管式高溫熱能回收裝置，主要成份為碳化硅，可以廣泛用于冶金、機械、建材、化工等行業(yè)，直接回收各種工業(yè)窯爐 排放的850－1400℃高溫煙氣余熱，以獲得高溫助燃空氣或工藝氣體。研制成的這種裝置的換熱元件材料系一種新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高溫和抗熱沖擊的優(yōu)異性能，從 1000 ℃ 風冷至室溫，反復50 次以上不出現(xiàn)裂紋；導熱系數(shù)與不銹鋼等同；在氧化性和酸性介質中具有良好的耐蝕性。在結構上成功地解決了熱補償和較好地解決了氣體密封問題。該裝置傳熱效 率高，節(jié)能效果顯著，用以預熱助燃空氣或加熱某些過程的工藝氣體，可節(jié)約一次能源，燃料節(jié)約率可達30 %－55%，并可強化工藝過程，顯著提高生產能力。

陶瓷換熱器的生產工藝與窯具的生產工藝基本相同，導熱性與抗氧化性能是材料的主要應用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地 方，不需要摻冷風及高溫保護，當窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應是1000-1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，這樣直接降低生產成本，增加經(jīng)濟效益。

陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題。它的主要優(yōu)點是：導熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。

安裝換熱器的基礎必須滿足以使換熱器不發(fā)生下沉，或使管道把過大的變形傳到傳熱器的接管上。

基礎一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎，換熱器上沒有鞍式支 座而直接放在鞍形基礎上，換熱器與基礎不加固定，可以隨著熱膨脹的需要自由移動。另一種為混凝土基礎，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎牢固的連接 起來。

基礎表面概況；基礎標高，平面位置，形狀和主要尺寸以及預留孔是否符合實際要求； 地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全；放置墊鐵的基礎表面是否平整等。 ?　 基礎驗收完畢后，在安裝換熱器之前在基礎上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎表面必須鏟平，使兩者能很好的接觸。墊鐵厚度可以調整，使換熱器能達到設計的水平高 度。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎上的穩(wěn)定性，并將其重量通過墊鐵均勻地傳遞到基礎上去。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和開口墊鐵。其中，斜墊鐵必須成對使 用。地腳螺栓兩側均應有墊鐵，墊鐵的安裝不應妨礙換熱器的熱膨脹。

換熱器就位后需用水平儀對換熱器找平，這樣可使各接管都能在不受力的情況下連接管道。找平后，斜墊鐵可與支座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。 當兩個以上重疊式換熱器安裝時，應在下部換熱器找正完畢，并且地腳螺栓充分固定后，再安裝上部換熱器?？沙楣苁鴵Q熱器安裝前應抽芯檢查，清掃，抽管束時應 注意保護密封面和折流板。移動和起吊管束時應將管束放置在專用的支承結構上，以避免損傷換熱管。

根據(jù)換熱器的形式，應在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足條件（操作）清洗、維修的需要。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應留有足夠的空間以便能從殼體內抽出管 束，外頭蓋端必須也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。

固定管板式換熱器的兩端應留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。并且，用機械法清洗管內時。兩端都可以對管子進行刷洗操作。U形管式換熱器的固定頭 蓋應留出足夠的空間以便抽出管束，也可在其相對的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。 換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的條件下運行。應經(jīng)常對管，殼程介質的溫度及壓降進行監(jiān)督，分析換熱管的泄漏和結垢情況。管殼式換熱器就是利用管子使其內外的物 料進行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發(fā)等過程，與其他設備相比較，其余腐蝕介質接觸的表面積就顯得非常大，發(fā)生腐蝕穿孔結合處松弛泄漏的危險性很高，因此 對換熱器的防腐蝕和防泄漏的方法也比其他設備要多加考慮，當換熱器用蒸汽來加熱或用水來冷卻時，水中的溶解物在加熱后，大部分溶解度都會有所提高，而硫酸 鈣類型的物質則幾乎沒有變化。

冷卻水經(jīng)常循環(huán)使用，由于水的蒸發(fā)，使鹽類濃縮，產生沉積或污垢。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設備腐蝕，腐蝕 與結垢交替進行，激化了鋼材的腐蝕。因此必須經(jīng)過清洗來改善換熱器的性能。由于清洗的困難程度是隨著垢層厚度或沉積的增加而迅速增大的，所以清洗間隔時間 不宜過長，應根據(jù)生產裝置的特點，換熱介質的性質，腐蝕速度及運行周期等情況定期進行檢查，修理及清洗。換熱器的應用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散 熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝過程對介 質所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設備之一。

換熱器既可是一種單獨的設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設備的組成部 分，如氨合成塔內的熱交換器。由于制造工藝和科學水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結構，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一 種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產中成為一種典型的換熱器。