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换热设备（换热器、热交换器）. 1. 简介. 换热设备（换热器、热交换器）. 作用：用来实现热量的传递，使热量由高温流体传递给低温流体。. 换热设备（换热器、热交换器）. 地位：在炼油厂，用于换热设备的费用约占总费用的 35 ％ ~ 40 ％，在化工厂约占总费用的 10 ％ ~ 20 ％。. 应 用. 换热设备是石油、化工生产中普遍应用的典型的工艺设备，也是应用最为广泛的单元操作设备之一，其它如动力、原子能、冶金、食品、交通、家电等工业部门也有着广泛的应用。. 应 用.
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换热设备（换热器、热交换器） • 1. 简介
换热设备（换热器、热交换器） 作用：用来实现热量的传递，使热量由高温流体传递给低温流体。
换热设备（换热器、热交换器） 地位：在炼油厂，用于换热设备的费用约占总费用的35％~40％，在化工厂约占总费用的10％~20％。
应 用 • 换热设备是石油、化工生产中普遍应用的典型的工艺设备，也是应用最为广泛的单元操作设备之一，其它如动力、原子能、冶金、食品、交通、家电等工业部门也有着广泛的应用。
应 用 • 在石油化工工艺过程中，换热设备通常以不同的种类和型式出现，它们可以是加热器、冷却器、蒸发器、再沸器、冷凝器、余热锅炉等。
应 用 • 在完成热量传递的同时．换热设备还可以在生产工艺流程中起到不同的作用。 • 例如控制介质的温度(加热器、冷却器、余热锅炉等)；
应 用 • 控制介质的压力(冷凝器、再沸器、蒸发器等)； • 控制介质汽化的流量(蒸发器、再沸器等)；控制介质冷凝的流量(冷凝器、冷凝冷却器等)。
应 用 • 在石油化工的许多生产操作中部无一例外地必须应用换热设备，如气体压缩输送的冷却、液体原料贮路的防止凝固、反应过程的冷却或加热、分离设备的汽化或冷凝、直至循环水的降温、环境温度的控制等等。
应 用 • 总之，在石油化工生产中换热设备的应用最为广泛。
发展趋势 • （1）需求量大：近三十年来，由于对节约能源和环境保护的重视，换热设备的需求量随之增大，换热技术亦获得迅速发展。
发展趋势 • （2）种类繁多：随着石油化学工业的迅速发展，换热设各种类繁多，而且新型结构也不断出现。
发展趋势 • （3）随着石油、化工装置的大型化，换热设备正朝着强化传热、高效紧凑、降低热阻以及防止流体诱导振动等方向发展。
换热器主要介绍内容 • 主要介绍目前广泛应用且量多面广的钢制管壳式换热器，而对其它型式的换热器只作一定篇幅的介绍。
2.换热设备的分类及特点 • 换热设备有不同的分类方法，而最常用的是根据作用原理或传热方式来区分的。
分类 • 直接接触式换热器（或混合式换热器） • 蓄热式换热器（或回热式换热器） • 间壁式换热器（表面式换热器） • 中间载热体式换热器
直接接触式换热器（或混合式换热器） • 它是让两种流体（冷流体和热流体）直接接触与混合进行热量的交换。最常见到如凉水塔、气液混合式冷凝器等等。
直接接触式换热器（或混合式换热器） • 优点：这类换热器传热效率高，单位容积提供的传热面积大，设备结构简单、价格便宜，在石油化工厂中也常见应用。 • 缺点：仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。
直接接触式换热器（或混合式换热器） • 为增加两流体的接触面积，以达到充分换热，在设备中常放置填料和栅板。通常采用塔形结构。图8-1为板式冷却塔的示意图。
蓄热式换热器（或回热式换热器） 它是借助于固体（固体填料或多孔性格子砖等）构成的蓄热体与热流体或冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。
蓄热式换热器（或回热式换热器） 在换热器内首先由热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由冷流体通过，由蓄热体把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合，则不能采用蓄热式换热器。
蓄热式换热器（或回热式换热器） 这种蓄热式换热器主要用于废气温度很高而需要预热空气的场合，石油化工厂也有用其作为裂解炉的。由此难免存在着一小部分流体相互掺和的现象，必须注意可能造成流体的“污染”问题，由此而可能带来的安全问题必须有相应的技术措施。图8—2为蓄热式换热器示意图。
蓄热式换热器 特点 • 蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适合用于气一气热交换的场合。如回转式空气预热器就是一种蓄热式换热器。
间壁式换热器（表面式换热器） • 间壁式换热器（表面式换热器）是利用间壁（固体壁面）将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。
间壁式换热器（表面式换热器） • 间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多种多样，如常见的管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。
中间载热体式换热器 • 此类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器。
3.间壁式换热器分类 • 管式换热器（蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕管式换热器和管壳式换热器） • 板式换热器
管式换热器特点 • 管式换热器虽然在换热效率、结构紧凑性和单位传热面积的金属消耗量等方面都不如其它新型换热器，但它具有结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高的操作压力和温度等优点。在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。
蛇管式换热器 • 蛇管式换热器一般由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如螺旋形和长的蛇形等。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简方便等优点。
蛇管式换热器分类 • 沉浸式蛇管换热器 • 喷淋式蛇管换热器
沉浸式蛇管换热器 • 使用：沉浸在盛有被加热或被冷却介质容器中，两种流体分别在管内、外进行换热。
沉浸式蛇管换热器特点 • 优点：结构简单、造价低廉、操作敏感性较小，管子可承担较大的流体介质压力。常用于高压流体的冷却，以及反应器的元件。 • 缺点：管外流体的流速小，传热系数小，传热效率低，需要的传热面积大，设备显得笨重。
喷淋式蛇管换热器特点 • 将蛇管成排地固定在钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管排上方的喷淋装置均匀淋下。 • 优点：管外流体的传热系数大，且便于检修和清洗。 • 缺点：体积庞大，冷却水用量较大，有时喷淋效果不够理想。
（2）套管式换热器 • 它是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用U形弯管将它们连接成排，并根据实际需要，排列组合形成传热单元，换热时，一种流体走内管，另一种流体走内外管之间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热。两种流体都可以在较高的温度、压力、流速下进行换热。
套管式换热器的特点 • 优点：结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可有较高的传热系数； • 缺点：是单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。 • 套管式换热器一般适用于高温、高压、小流量流体和所需要的传热面积不大的场合。
管壳式换热器 • 这类换热器是目前应用最为广泛的换热设备。
板面式换热器 • 螺旋板式换热器 • 板式换热器 • 板翅式换热器 • 板壳式换热器 • 伞板式换热器
螺旋板式换热器 • 特点：结构紧凑、传热面积为管壳式换热器的2～3倍，传热效率比管壳式换热器高50~100%，制造简单，流体单通道螺旋流动，由自刷作用，不易结垢，可呈全逆流流动，传热温差小。
螺旋板式换热器 • 应用： • 适用于液－液、气－液流体换热，对于高年度流体的加热或冷却、含有固体颗粒的悬浮液的换热。
板式换热器 • 板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片和密封垫片以及压紧装置组成，其结构类似板框压滤机。板片表面通常压制成为波纹形或槽形，以增板的刚度，增大流体的湍流程度，提高传热效率。两相邻板片的边缘用垫片夹紧，以防止流体泄漏，起到密封作用，同时也使板与板之间形成一定间隙，构成板片间流体的通道。冷热流体交替地在板片两侧流过，通过板片传热。
板式换热器 • 优点： • 板片间流通的当量直径小，板形波纹使截面变化复杂，流体的扰动作用激化，在较低流速下即可达到湍流，具有较高的传热效率。同时板式换热器还具有结构紧凑、使用灵活、清洗和维修方便、能精确控制换 热温度等优点，应用范围十分广泛。
板式换热器 • 缺点： • 密封周边太长，渗漏的可能性大，承压能力低，使用温度受密封垫片材料耐热性能的限制不易过高，流道狭窄，易堵塞，处理量小，流动阻力大。
