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各种换热器的原理及应用点击：2784 日期：[ 2014-04-26 21:53:40 ] |
| 各种换热器的原理及应用 宋亚非 姜丽 沈占军 吉林省四平地质工程勘察院 摘 要：换热器的种类极多，本文就几种常用的换热器的原理及应用进行浅析，比较它们的优越性，推荐其应用范围。本文重点介绍了板式换热器，管壳式换热器和全焊接板壳换热器3种。 关键词：换热器；应用行业 随着科技高速发展的今天，换热器已广泛应用国内各个生产领域，换热器跟人们生活息息相关。换热器顾名思义就是用来热交换的机械设备。有气体-气体交换，气体-液体交换，液体-液体交换这几种。就是一种介质热能降低，另一种介质热能增多，达到热平衡，符合Q（吸）=Q（放）的热平衡公式。换热器的种类很多，本文就板式换热器，管壳式换热器和全焊接板壳换热器3种进行论述。 一、板式换热器 板式换热器是一种结构紧凑，组装方便，占地面积小，传热系数高的热交换设备。当雷诺数为200时，就能达到湍流状态，热系数可达4000-7000W/M2℃，是同等流速的管壳式换热器的3至5倍。设计上是软硬结合的热混合的设计技术，不同的波纹面的孪生软硬板，根据不同的要求，可以组合不同的阻力的流道，从而使传热达到最优化，可实现其经济合理化。其最大的缺点是由于组合件是有橡胶密封，承压有极限，不能应用相对高压的环境中。由于板片之间交叉成网状结构，要求其运行的介质分子的颗粒要有一定的范围，不然很容易堵塞，由于独特的组合形式，泄露时维修极其方便，更换配件简单，所以大多行业用量较大，例如集中供热行业、轻工、石油、化工食品等多个行业。 二、管壳式换热器 管壳式换热器是一种设计复杂制造工艺繁琐的换热设备，在压力容器的制造过程中，必须遵守相应的章程和制度，管板的厚度，壳体的厚度都得符合GB6654-1996和GB713-1997的相应标准，不锈钢的标准符合GB/T4237-2007的水平，换热管的设计也要根据腐蚀程度，抗压能力上做严格的选择。其在运行的过程中流体的相对流向一般有顺流和逆流2种。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，以逆流的平均温差最大顺流最小管式换热器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。管式换热器当冷、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。管式换热器在传热过程中，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黏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.管式换热器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。管式换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。 三、管式换热器按不同方式不同分类 1.固定管板式。固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，或膨胀节。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。特点为结构简单、造价低廉、壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净且不易结垢的物料。 2.U形管式。U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。特点为结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。 3.浮头式。换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。特点为结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。但就其安装要有一定的空间，占地面积大，使用于寿命较长冶金，焦化等要求热交换率低的场所。 四、全焊接板壳式换热器 全焊接板壳式换热器集管壳式换热器和板式换热器的优点于一身，体积小传热大于3489 W/M2℃，比传统的管式换热器高2至4倍，比板式换热器高1.2倍，全焊接板壳换热器采用波纹板为传热元件，板束板片间用专用的程控自动氩弧焊焊接，板束装在压力壳内，波纹板片具有静搅拌作用，能在很低数下形成湍流，在气液两相流工况中，全焊接板壳式换热器的静搅拌作用阻止介质折流翻转造成的气液两相分离。可真正实现纯逆流，于管壳式换热器相比冷端及热端温差小，可回收热量。其结构紧凑质量轻无密封胶垫，不容泄露，维修清洗简便。全焊接板壳式换热器是目前国际上最先进的换热器高效节能，适合炼油化工，化肥，冶金及环保及大型化装置使用。由于其既有板式换热器的特点，也有管壳式换热气的优越，制造可节约成本。 这3种换热器的应用范围有所不同，在选用上要根据实际进行比对，力争做到能够达到理想效果。 |
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