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熱交換設(shè)備
熱交換設(shè)備是一種使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備。熱交換設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)有近百年的歷史，被廣泛應(yīng)用在石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供熱、制冷空調(diào)、機(jī)械、食品、制藥等領(lǐng)域。按照用途可分為預(yù)熱器（或加熱器）、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等。按照傳送熱量的方法可分為間壁式、混合式和蓄熱式換熱設(shè)備三大類(lèi)。
- 中文名：熱交換設(shè)備
- 外文名： heat exchange equipment
- 應(yīng) 用：石油、化工、冶金、電力等領(lǐng)域
- 作 用：使熱量從熱流體傳遞到冷流體
概述
熱交換設(shè)備又稱(chēng)熱交換器，是一種將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。熱交換設(shè)備既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如石化、煤炭工業(yè)中的余熱回收裝置等。
熱交換設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)有近百年的歷史，被廣泛應(yīng)用在石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供熱、制冷空調(diào)、機(jī)械、食品、制藥等領(lǐng)域。進(jìn)入80年代以來(lái)，由于制造技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和傳熱理論研究的不斷完善，有關(guān)熱交換設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)和應(yīng)用越來(lái)越引起關(guān)注 。
熱交換設(shè)備分類(lèi)及其特點(diǎn)
熱交換設(shè)備的用途很廣泛，可用于各種不同的換熱過(guò)程，例如：加熱、冷卻、冷凝和蒸發(fā)等。而熱交換設(shè)備可做如下分類(lèi)：
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按設(shè)備結(jié)構(gòu)來(lái)分：有板片式換熱器和管殼式換熱器兩大類(lèi)。板片式換熱器是由板片和密封墊片組合而成，通常有波紋平板式、板翅式、螺旋板式和板克式。管殼式換熱器是由管子、殼體及管板組成的設(shè)備，通常有固定管板式、浮頭式、U型管式和填料函式。
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按用途來(lái)分：預(yù)熱器（或者加熱器）、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等。
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按制造材料來(lái)分：金屬的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。
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按溫度狀況來(lái)分：溫度工況穩(wěn)定的熱交換器，熱流大小以及在指定熱交換區(qū)域內(nèi)的溫度不隨時(shí)間而改變；溫度工況不穩(wěn)定的熱交換器，傳熱面上的熱流和溫度都隨時(shí)間改變。
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按熱流體與冷流體的流動(dòng)方向來(lái)分：順流式、逆流式、錯(cuò)流式、混流式。
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按傳送熱量的方法來(lái)分：間壁式、混合式、蓄熱式三大類(lèi)。
管殼式換熱器
管殼式換熱器又稱(chēng)為列管式換熱器，是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器，結(jié)構(gòu)一般由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。目前，國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中所用的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位，雖然它在換熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性和金屬材料消耗等方面不如其它新型換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，操作彈性大，適應(yīng)性強(qiáng)，可靠程度高，選材范圍廣，處理能力大，能承受高溫高壓等特點(diǎn)，所以在工程中仍得到廣泛應(yīng)用。以下是幾種常見(jiàn)的管殼式強(qiáng)化換熱器。
螺旋槽管換熱器，橫紋管換熱器，螺旋扁管換熱器，螺旋扭曲管換熱器，波紋管換熱器，內(nèi)翅片管換熱器縮放管換熱器，波節(jié)管管殼式換熱器，三維內(nèi)肋管換熱器管，內(nèi)插入物換熱器 。
固定管板式換熱器
固定管板式換熱器由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成，其結(jié)構(gòu)較緊湊，排管較多，在相同直徑下面積較大，制造較簡(jiǎn)單。
固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。
固定管板式換熱器的特點(diǎn)：1、旁路滲流較小；2、鍛件使用較少，造價(jià)低；3、無(wú)內(nèi)漏；4、傳熱面積比浮頭式換熱器大20%～30%；固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是，1、殼體和管壁的溫差較大，殼體和管子壁溫差t<50℃,當(dāng)t>50℃時(shí)必須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；2、易產(chǎn)生溫差力，管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；3、殼程無(wú)法機(jī)械清洗；4、管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低；5、不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。
浮頭式換熱器
新型浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設(shè)凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套絲或焊設(shè)多個(gè)螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關(guān)零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開(kāi)一個(gè)以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通。
浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱(chēng)浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。
浮頭式換熱器的特點(diǎn)：浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng)，這個(gè)特點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)能看出來(lái)。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高（比固定管板高20%），在運(yùn)行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。
U型管式換熱器
U型管式換熱器是管殼式換熱器的一種，屬石油化工設(shè)備，由管箱、殼體及管束等主要部件組成，因其換熱管成U形而得名。U形管式換熱器僅有一個(gè)管板，管子兩端均固定于同一管板上。
此類(lèi)換熱器的特點(diǎn)是管束可以自由伸縮，不會(huì)因管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程為雙管程，流程較長(zhǎng)，流速較高，傳熱性能較好；承壓能力強(qiáng)；管束可從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜。但管內(nèi)清洗不便，管束中間部分的管子難以更換，又因最內(nèi)層管子彎曲半徑不能太小，在管板中心部分布管不緊湊，所以管子數(shù)不能太多，且管束中心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換熱。此外，為了彌補(bǔ)彎管后管壁的減薄，直管部分需用壁較厚的管子。這就影響了它的使用場(chǎng)合，僅宜用于管殼壁溫相差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)清潔及不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的情形。
板式換熱器
板式換熱器不同于一般傳熱面用管做的管式換熱器。板式換熱器是以金屬波紋板為傳熱元件的新型高效換熱器。由于板片組裝后形成特殊流體通道，在較低雷諾數(shù)下可以產(chǎn)生湍流，并且不易結(jié)垢，板片材料選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼板，鈦板等材質(zhì)，傳熱系數(shù)高，相鄰板片波紋波峰相互支撐，形成網(wǎng)狀觸電，提高了板片的剛性，可以承受較大的壓差，保證了使用的安全可靠。
波紋平板式換熱器
波紋平板式換熱器是由一組長(zhǎng)方形或其它幾何形狀的傳熱板片、密封墊片以及緊固裝置組成。由于板片間流道宰，板片表面的凹凸波形使物料流動(dòng)時(shí)有擾動(dòng)作用，因而具有高的傳熱效率。該換熱器密封周邊長(zhǎng)，使用中需要經(jīng)常拆卸和清洗，密封泄漏可能性大；由于密封墊圈大多用非金屬材料制作，因而使用溫度和使用壓力均受到限制。
板翅式換熱器
在20世紀(jì)30年代，板翅式換熱器首先在先進(jìn)國(guó)家用于發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱，它的板束單元結(jié)構(gòu)由翅片、隔板和封條三部分組成。它具有擴(kuò)展的二次傳熱表面（翅片），所以傳熱過(guò)程不僅是在一次傳熱表面（隔板）上進(jìn)行，而且同時(shí)也在二次傳熱表面上進(jìn)行，我國(guó)從20世紀(jì)60年代初期開(kāi)始試制板翅式換熱器，首先用于空分制氧，制成了第一套板翅式空分設(shè)備。近幾年來(lái)，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、翅片規(guī)格、生產(chǎn)工藝和設(shè)計(jì)、科研方面都有較大發(fā)展。板翅式換熱器由于結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、傳熱強(qiáng)度高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的新型換熱器設(shè)備之一。
板殼式換熱器
板殼式換熱器是由板束和殼體兩部分組成。板束的截面一半是多邊形，它介于板式換熱器和管殼式換熱器之間。它是目前應(yīng)用最廣泛的一種換熱設(shè)備。其特點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)、能精確滿(mǎn)足工藝對(duì)各種換熱面積的要求、可用材料范圍寬、處理能力大、能應(yīng)用于高溫以及高壓力的工況、易于制造和生產(chǎn)成本低。它的不足是傳熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊和單位換熱面積所需金屬消耗量比板式換熱器高。
熱交換設(shè)備的發(fā)展過(guò)程
在我國(guó)熱交換設(shè)備的制造技術(shù)遠(yuǎn)落后于外國(guó)，由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的熱交換設(shè)備只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，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(zhǎng)期以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的熱交換設(shè)備。
在國(guó)外二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠(chǎng)。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，熱交換設(shè)備制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開(kāi)始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展，這一類(lèi)換熱器不但是從材料上有了較大的突破，而且采用新穎的理念，增加強(qiáng)化傳熱。70年代中期，為了進(jìn)一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，人們更是采用各種科學(xué)的辦法來(lái)增強(qiáng)換熱器內(nèi)的傳熱 免責(zé)聲明：本資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如果侵犯了你的版權(quán)或其他權(quán)利，請(qǐng)通知我及時(shí)刪除。
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