间壁式换热器结构型式及性能分析

( 一) 列管换热器

列管式换热器又称管壳式换热器，是一种通用的标准换热设备。它具有结构简单、坚固耐用、用材广泛、清洗方便、适用性强等优点，在生产中得到广泛应用，在换热设备中占主导地位。列管换热器根据结构特点分为以下几种，见表2 -3。

表2-3　列管换热器的分类

图2-1　固定管板式换热器

图2-2　浮头式换热器

图2-3　U 形管式换热器

图2-4　填料函式换热器

1—活动管板 2—填料压盖 3—填料 4—填料函 5—纵向隔板

图2-5　釜式换热器

为改善换热器的传热，工程上常用多程换热器。若流体在管束内来回流过多次，则称为多管程，一般除单管程外，管程数为偶数，有二、四、六、八程等，但随着管程数的增加，流动阻力迅速增大，因此管程数不宜过多，一般为二、四管程。在壳体内，也可在与管束轴线平行方向设置纵向隔板使壳程分为多程，但是由于制造、安装及维修上的困难，工程上较少使用，通常采用折流挡板，以改善壳程传热。

( 二) 套管换热器

套管换热器是由两种直径不同的直管套在一起组成同心套管，然后将若干段这样的套管连接而成，其结构如图2 -6 所示。每一段套管称为一程，程数可根据所需传热面积的多少而增减。换热时一种流体走内管，另一种流体走环隙，传热面为内管壁。

图2-6　套管换热器

套管换热器的优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减。其缺点是单位传热面积的金属耗量大，管子接头多，检修清洗不方便。此类换热器适用于高温、高压及流量较小的场合。

( 三) 蛇管换热器

蛇管换热器根据操作方式不同，分为沉浸式和喷淋式两类，见表2 -4。

表2-4　蛇管换热器

图2-7　沉浸式蛇管的形式

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图2-8　喷淋式蛇管换热器

图2-9　夹套换热器

( 四) 夹套换热器

夹套换热器的结构如图2 -9 所示，主要用于反应器的加热或冷却。它由一个装在容器外部的夹套构成，与反应器或容器构成一个整体，器壁就是换热器的传热面。其优点是结构简单，容易制造。其缺点是传热面积小，器内流体处于自然对流状态，传热效率低; 夹套内部清洗困难。夹套内的加热剂和冷却剂一般只能使用不易结垢的水蒸气、冷却水和氨等。夹套内通蒸汽时，应从上部进入，冷凝水从底部排出; 夹套内通液体载热体时，应从底部进入，从上部流出。

( 五) 其他类型换热器

具体类型见表2 -5。

表2-5　其他类型换热器

活动建议 进行现场教学，了解换热器的结构类型。

图2-10　螺旋板式换热器

图2-11　常用翅片的类型

图2-12　板式换热器及常见板片的形状

图2-13　翘片式换热器

知识拓展

热管换热器

热管换热器是用一种称为热管的新型换热元件组合而成的换热装置。目前使用的热管换热器多为箱式结构，由壳体、热管和隔板组成，把一组热管组合成一个箱形，中间用隔板分为热、冷两个流体通道，一般热管外壁上装有翅片，以强化传热效果，如图2 -14 所示。

热管是主要的传热元件，具有很高的导热性能。主要由密封管子、吸液芯及蒸汽通道三部分组成。热管的种类很多，但其基本结构和工作原理基本相同。以吸液芯热管为例，如图2 -15 所示。在一根密闭的金属管内充以适量的工作液，紧靠管子内壁处装有金属丝网或纤维等多孔物质，称为吸液芯。热管沿轴向分成三段:蒸发段、绝热段和冷凝段。在蒸发段，当热流体从管外流过时，热量通过管壁传给工作液，使其汽化，蒸汽在压差作用下，沿管子的轴向流动，在冷凝段向冷流体放出潜热而凝结，冷凝液在吸液芯内流回热端，再从热流体处吸收热量而汽化。如此反复循环，热量便不断地从热流体传给冷流体。绝热段的作用是当热源与冷源隔开时，使管内的工作液不与外界进行热量交换。

热管换热器的传热特点是热量传递汽化、蒸汽流动和冷凝三步进行，由于汽化和冷凝的对流强度都很大，蒸汽的流动阻力又较小，因此热管的传热热阻很小，即使在两端温度差很小的情况下，也能传递很大的热流量。因此，它特别适用于低温差传热的场合。热管换热器具有重量轻、结构简单、经济耐用、使用寿命长、工作可靠等优点，以应用于化工、电子、机械等工业部门中。

图2-14　热管式换热器图

图2-15　热管结构示意图