换热器的工艺应用及类型介绍

换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传给低温流体。换热器在动力、冶金、核能、食品、交通等工业部门也有着广泛的应用。根据工艺过程或热量回收用途的不同，换热器可以是加热器、冷却器、蒸发器、再沸器、冷凝器、余热锅炉等。按照传热方式的不同，换热器可分为三类，即混合式换热器、蓄热式换热器和间壁式换热器，其中间壁式换热器是工业中应用最为广泛的换热器，间壁式换热器又分为管式换热器、板式换热器和扩展表面式换热器三种类型，其中管式换热器中的管壳式换热器在各个行业中占有主导地位，应用最为广泛。

（一）固定管板式换热器

它是管壳式换热器的基本结构形式如图1-29所示。管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上。在操作状态下由于管子与壳体的壁温不同，二者的热变形量也不同，从而在管子、壳体和管板中产生温差应力。这一点在分析管板强度和管子与管板连接的可靠性时必须予以考虑。为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器一般只在适当的温差应力范围、壳程压力不高的场合下采用。固定管板式换热器的结构简单、制造成本低，但参与换热的两流体的温差受一定限制；管间用机械方法清洗有困难，必须采用化学方法清洗，因此要求壳程流体应不易结垢。

图1-29 固定管板式换热器

1—接管1 2—壳体 3—支座 4—管箱 5—接管2 6—管板 7—接管3 8—传热管 9—折流板 10—接管4

图1-30 浮头式换热器

1—浮头 2—管箱 3—法兰 4—浮头管板 5—壳体 6—折流板 7—传热管 8—固定管板 9—分程隔板 10—钢圈 11—浮头盖

（二）浮头式换热器

为减小壳体与管束之间的间隙，以便在相同直径的壳体内排列较多的管子，常采用浮头式换热器的结构，即把浮头管板夹持在用螺栓联接的浮头盖与钢圈之间，图1-30所示为浮头式换热器的结构。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，用螺栓联接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓联接，形成可在壳体内自由移动的浮头。由于壳体和管束间没有相互约束，拆下管箱可将整个管束直接从壳体内抽出，即使两流体温差较大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。浮头式换热器适用于温度波动和温差大的场合，管束可从壳体内抽出，用机械方法清洗管间或更换管束，但与固定管板式换热器相比，浮头式换热器的结构复杂、装拆较为困难、造价高。

（三）U形管式换热器

一束管子被弯制成不同曲率半径的U形管，其两端固定在同一块管板上，组成管束，如图1-31所示为U形管式换热器。管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓联接。拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。管束的U形端不加固定，可自由伸缩，故它适用于两流体温差较大的场合；又因其构造较浮头式换热器简单，只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少，造价较低，也适用于高压流体的换热。但管子有U形部分，管内清洗较直管困难，因此要求管程流体清洁，不易结垢。

管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。相同直径的壳体内，U形管的排列数目较直管少，相应的传热面积也较小。

图1-31 U形管式换热器

1—壳体 2—支座 3—法兰 4—分程隔板 5—管箱 6—管板 7—折流板 8—U形管(www.xing528.com)

（四）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，如图1-32所示。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。

图1-32 双重管式换热器

1—壳体 2—外套管 3—内插管 4—折流板 5—管箱 6—管箱盖 7、8—管板 9—支座

（五）填料函式换热器

图1-33所示为填料函式换热器的结构。其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与壳体法兰之间，用螺栓联接。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；但填料处容易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不宜过大。

（六）双管板换热器

双管板换热器的管子两端分别连接在两块管板上（见图1-34），两块管板之间留有一定的空间，并装设开孔接管。当管子与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管引出，因此可保证壳程流体和管程流体不致相互串漏和污染。双管板换热器主要用于严格要求参与换热的两流体不互相串漏的场合，但造价比固定管板式换热器高。

图1-33 填料函式换热器

1—壳体 2—填料 3—管箱 4—管箱盖 5—填料压盖 6—管板 7—管子

图1-34 双管板式换热器结构

1—壳体 2—接管 3、4—管板 5—管子