换热器：在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液体汽化或把蒸汽冷凝成液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。进行热量传递的设备称为换热器。
换热器按用途分为以下几种：
（1）加热器——把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
（2）预热器——预先加热流体，为后序操作提供标准的工艺参数。
（3）过热器——用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
（4）蒸发器——用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
（5）再沸器——用于使装置中冷凝了的液体再度加热，使其蒸发。
（6）深冷器——用于把流体冷却到0℃以下的低温状态。
（7）冷却器——用于把流体冷却到工艺要求的温度。
（8）冷凝器——用于冷却凝结性气体，使其流体凝结液化。
（9）全凝器——使凝结性气体全部冷凝为液体。
在化工生产操作过程中，冷热两种流体主要是通过间壁式换热器进行热量的传递或交换。下面根据传热壁的结构情况来介绍几种主要的换热器设备。
一、夹套式换热器
夹套式换热器常见于合成反应装置（又称反应釜）中，广泛用于反应器内液体物料的加热或冷却。其结构是夹套装在反应釜筒体外部，在夹套和筒体壁之间形成密闭空间，作为一种流体的通道，传热面就是夹套所在的整个容器壁。夹套内通入加热剂时，热量通过对流、传导的方式传递给筒体壁，随后再传递给反应釜内的液态物料，在搅拌器的搅拌下，使物料充分混合、同时达到所需的均匀一致的反应温度。反之，当物料需要冷却时，只要夹套内通一般常用的冷却剂——自来水即可，如图7-22所示。这类换热器的优点是结构简单，加工方便。但存在的缺点是传热面积A小，传热效率低。故为了提高传热效果，可在釜内加搅拌器或蛇管和外循环。
二、沉浸式蛇管换热器
如图7-23所示，该类换热器的蛇管一般由金属管子弯绕而制成，适应容器所需要的形状，沉浸在容器内，冷热流体在管内外进行换热。某些电加热器即做成蛇管沉浸式换热器。其优点是可做成任意形状，结构简单，便于防腐，能承受高压。但缺点是传热面积不大，蛇管外对流传热系数小。为了强化传热，容器内加搅拌。
图7-22 反应釜结构图
图7-23 沉浸式蛇管换热器
三、喷淋式换热器
如图7-24所示。喷淋式换热器的冷却水由最上面管子的喷淋装置中喷淋出，沿管表面流下来，被冷却的流体从最上面的管子流入，从最下面的管子流出，与外面的冷却水进行换热。在下流过程中，冷却水可收集再进行重新分配。其优点是结构简单、造价便宜，能耐高压，便于检修、清洗。存在的缺点是冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果，只能安装在室外。该换热器主要应用于化肥厂中来冷却或冷凝管内液体。
图7-24 喷淋式换热器及其示意图
1—弯管 2—循环泵 3—控制阀
四、套管换热器
套管式换热器是应用比较广泛的一种换热设备，如图7-25所示。它是由不同直径组成的同心套管，冷热流体分别在内管和套管中流动和换热，可根据换热要求，将几段套管用U形管连接，可增加传热面积，冷、热流体可以逆流或并流。其优点是结构简单，管径可大可小，拆装方便，灵活性大，能耐高压，传热系数较大，能保持完全逆流使平均对数温差最大，可增减管段数量应用方便。缺点是结构不紧凑，金属消耗量大，接头多易漏，占地较大。它通常用于超高压生产过程，可用于流量不大，所需传热面积不多的场合。
图7-25 套管换热器及其示意图
五、列管换热器
列管换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，也是目前应用最广泛的一种换热器。主要由壳体、管束、管板（又称花板，固定管子用）、折流挡板、顶盖（又称封头）等组成，如图7-26所示。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
图7-26 列管换热器结构图
由于走管程和走壳程的两种流体温度不同，管子受热膨胀和壳体受热膨胀的程度不同，当两流体的温度差大于50℃时，如果将管束和壳体焊成一体，则因两者受热膨胀程度差别较大，可能将管子扭曲（当管内流体温度高于管外流体时）或将管子从管板上拉松（当管内流体温度低于管外流体时），此时，就要考虑采取热补偿措施。按照有无热补偿或补偿方式的差别，列管式换热器主要分为以下几种，其外观图及结构示意图分别见图7-27至图7-31。
相对其他换热器，总的来说，该设备优点是单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。(www.xing528.com)
图7-27 各式列管换热器
为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。
（一）固定管板式换热器
如图7-28和图7-29所示，固定管板式换热器的管束和壳焊成一体，适应于两流体的温差较小，管外流体较清洁，不易结垢的场合。若在壳体上作一个可伸缩的补偿圈，则固定管板列管式换热器也可用于两流体，温差较大的场合。该设备的优点是结构相对简单，应用广泛。但缺点是壳程清洗困难，壳程宜走清洁、不易产生垢层和腐蚀的介质。
图7-28 固定管板式换热器结构
图7-29 带膨胀节的固定管板式换热器结构图
（二）浮头式换热器
如图7-30所示，该换热器的管板的一端固定在壳体的花板上，另一端则不被花板固定，可以自由伸缩，这样既解决了热补偿问题，且管束可以从壳体中拆卸出来，便于清洁，因而应用较广泛，适用于高温高压。其优点是浮头在壳内自由伸缩，适于冷热流体温差较大的情况；换热管和浮头可拉出壳外，便于管外清洗。而缺点是结构复杂，造价高。
图7-30 浮头式换热器结构图
（三）U形管式换热器
如图7-31所示，该换热设备的管子做成了U形，弯曲端悬空，每根管子可自由伸缩，以此解决热补偿问题，结构较浮头式简单，适用于高压气体的换热。所以它的优点是U形管壳内自由伸缩，适于冷热流体温差较大的情况；U形换热管可拉出壳外，壳程易清洗；结构简单（无后管板和浮头），耐高温高压。缺点则是管程不易清洗，难于安装折流板；换热管少（等壳径情况下）。
图7-31 U形管式换热器结构图
六、其他高效换热器
换热器的性能在很大程度上影响着能源利用率的高低。随着能源的紧缺，换热器装置的高效节能显得越来越重要，所以强化传热过程节能新技术的一些高效换热器也在不断开发，常见的结构紧凑、传热高效、省材节能、轻巧并小型化的新型换热器主要有如下几种。
1.螺旋板式换热器
如图7-32所示，螺旋板换热器是一种结构紧凑的板式高效换热器。它由两块或两块以上平行的金属板在卷床上制成，形成平行的螺旋通道，每个通道截面为长方形。通道内一般设置定距柱来保持通道宽度，在定距柱和螺旋流动的离心力作用下，能使流体在较低的雷诺系数时发生湍流，产生较高的传热系数。该设备结构紧凑，体积小，单位体积传热面积大，传热效率高，比管壳式换热器高一倍以上，不易堵塞，成本较低。但操作压力及温度不能太高，螺旋板难以维修，流体阻力较大。
图7-32 螺旋板式换热器
螺旋式结构不会产生大的温差应力，主要适用于可在温度变化大的场合使用，尤其是低温热源和回收低温热能。
2.平板式换热器
如图7-33所示，平板式换热器主要由一组冲压出一定凹凸波纹的长方形薄金属板平行排列，以密封及夹紧装置组装于支架上构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后可以达到对外密封的目的。操作时要求板间通道冷、热流体相间流动，即一个通道走热流体，其两侧紧邻的通道走冷流体。为此，每块板的四个角上个各开一个圆孔。通过圆孔外设置或不设直圆环形垫片可使每个板间通道只同两个孔相连。
图7-33 平板式换热器
板式换热器的组装流程见图7-33（a）。图中显示，引入的流体可并联流入一组板间通道，而组与组间又为串联机构。换热板的结构如图7-33（c）所示。板上的凹凸波纹可增大流体的湍流程度，亦可增加板的刚性。波纹的形式有多种，图7-33（c）所示的是人字形波纹板。冷热流体在板片的两侧流过，通过板片换热。板上可被压制成多种形状的波纹，可增加刚性、提高湍动程度、增加传热面积、易于液体的均匀分布。其优势在于传热效率高，总传热系数大，结构紧凑，操作灵活，安装检修方便。而劣势是耐温、耐压性较差，易渗漏，处理量小。
3.板翅式换热器
板翅式换热器是一种传热效果好，更为紧凑的板式换热器。如图7-34所示，是由平隔板和各种型式的翅片构成板束组装而成。在两块平行薄金属板（平隔板）间，夹入波纹状或其他形状的翅片，两边以侧条密封，即组成一个单元体。各个单元体又以不同的叠积适当排列，并用钎焊固定，成为常用的逆流或错流式板翅式换热器组装件，或称为板束。再将带有集流进出口的集流箱焊接到板束上，就成为板翅式换热器。其优点是结构高度紧凑，传热效率高，允许较高的操作压力。而缺点则是制造工艺复杂，检修清洗困难。
图7-34 板翅式换热器
4.热管换热器
热管换热器是将一根金属管的两端密封，抽出不凝性气体，充以一定量的某种工作液体而成。当热管的一端被加热时，工作液体受热沸腾汽化，产生的蒸汽流至冷却端冷凝放出冷凝潜热，冷凝液沿着具有毛细结构的吸液芯在毛细管力的作用下[如图7-35（b）]或在重力作用下[如图7-35（a）]回流至加热段再次沸腾汽化，工作介质如此反复循环，热量则由热管的轴向由加热端传至冷却端。目前常用的方法是将具有毛细结构的吸液芯装在管的内壁上，利用毛细管的作用使冷凝液由冷端回流至热端。热管工作液体可以是氨、水、丙酮、汞等。采用不同液体介质有不同的工作温度范围。
图7-35 热管换热器作用机理
热管传导热量的能力很强，为最优导热性能金属的导热能力的103～104倍。因充分利用了沸腾及冷凝时给热系数大的特点，通过管外翅片增大传热面，且巧妙地把管内、外流体间的传热转变为两侧管外的传热，使热管成为高效而结构简单、投资少的传热设备。目前，热管换热器已被广泛应用于烟道气废热的回收过程，并取得了很好的节能效果。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
