換（huàn）熱器的分類及構造和工作原理
換熱（rè）器（heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動力、食品（pǐn）及其它許多工業生產中占有重要地位，其（qí）在化（huà）工生產中換熱器可作為加熱器（qì）、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸（fèi）器等，應用廣泛。
一、換熱器的分類
適用於不同介質、不同工況、不同溫度（dù）、不同壓力的換熱器，結構型式也不同，換熱器的（de）具體分類如下：
1.按傳熱（rè）原理（lǐ）分類
1）間（jiān）壁式換熱器間（jiān）壁式（shì）換熱器是（shì）溫度不同的兩種流體（tǐ）在被壁（bì）麵分開的空間裏流動，通過壁麵的導熱和（hé）流體在壁表麵對流，兩（liǎng）種流體之間進行換熱。間壁式換熱（rè）器有管（guǎn）殼式、套管式（shì）和其他型式的換熱器。間（jiān）壁式換熱器是應用最為廣泛的換熱器。
2）蓄熱式換熱（rè）器蓄熱式換熱器通過固體（tǐ）物質構成的蓄熱體，把熱（rè）量（liàng）從高溫（wēn）流體傳遞給低溫流體，熱介質先通過加熱固體物質達到一定溫度（dù）後，冷介質再通（tōng）過（guò）固（gù）體物質被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式（shì）換熱器有旋轉式（shì）、閥門切換式等。
3）流體連接間接式換熱器流體連接間接式換熱器，是把兩個表麵式換熱器由在其中循環的熱載體連接起來（lái）的換熱器，熱（rè）載體在高溫流體換熱器和低（dī）溫流體之間循環，在高溫（wēn）流體接受（shòu）熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。
4）直接（jiē）接觸式換熱器又被稱為混合（hé）式換熱器，這種換熱器是兩種流體直接（jiē）接觸，彼此混合進行換熱的設備例如，冷水塔、氣體冷凝（níng）器等。
5）複式換熱器兼有汽水（shuǐ）麵（miàn）式間接換熱及水水直接混流換熱兩種換（huàn）熱方（fāng）式的設備。同汽水（shuǐ）麵式（shì）間接換熱相比，具有更高的換熱效率；同汽水直接混合換熱相比具有較高（gāo）的穩定性及較低（dī）的（de）機組噪音（yīn）。
1.2.按用途分類
1）加熱器加熱器是把（bǎ）流體加熱（rè）到必要的溫度，但加熱流體沒有發生相的變化（huà）。
2）預熱器預熱器預先加熱流體，為工序操作提供標準（zhǔn）的工藝參數。
3）過熱器過熱器用於把流體（工藝氣或蒸汽（qì））加熱到過（guò）熱狀態。
4）蒸發器蒸發器用於加（jiā）熱（rè）流體，達到沸（fèi）點以上溫度，使其流體蒸發，一（yī）般有相的變化。
1.3.按結構分類
可分（fèn）為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換（huàn）熱器等。
二、換熱（rè）器的設計主要參數（shù）
下表為設計匯總：
按照此方（fāng）法計算得到（dào）的（de）殼內徑應圓整，標準尺寸如下表：
三、換熱器構造及（jí）工作原理：
換熱（rè）器（qì）是將熱流體的部分熱量傳遞給（gěi）冷流（liú）體的設備（bèi），即在一（yī）個大的密閉容（róng）器內裝上水或其他（tā）介質，而在容（róng）器內有管道穿過。讓熱水從管道內流（liú）過。由於管道內熱水和（hé）容器內冷熱（rè）水的溫度差（chà），會形成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫（wēn）物體的熱量總是向低溫物體傳遞，這樣就把管道裏水的熱量交（jiāo）換給了容器內的（de）冷水，換（huàn）熱器（qì）又稱熱交換（huàn）器 。
四、機（jī）械結構形式：
換熱器的分類良多，可以按傳熱原理、結構和（hé）用（yòng）途等進（jìn）行分類，按其結構分類主要有管殼式和板式兩種。 根（gēn）據冷（lěng）、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁（bì）式、混合式和蓄熱式（shì）：
1.間壁式換熱器的（de）類型
1）夾套式換熱器（qì）：這種換（huàn）熱器是在容器外壁安裝夾套製（zhì）成,結構簡單;但其加熱麵受容器壁麵限製,傳熱（rè）係數也不（bú）高.為提高傳熱（rè）係數且使（shǐ）釜內液體受熱均勻,可在釜（fǔ）內安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻（què）水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施,以提高夾套一側的給熱係數.為補（bǔ）充傳熱麵的不足（zú）,也可在釜內部安（ān）裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用於反應過程的加熱和（hé）冷卻。
2）沉浸式蛇管換熱（rè）器：這種換（huàn）熱器是將金屬管彎繞成各（gè）種與容器相適應的形狀（zhuàng）,並沉浸在容器內的液體中.蛇管換熱器的優點是結構簡單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料製造;其缺點是容器內液體湍動程度低,管（guǎn）外給熱係數小.為提（tí）高傳熱（rè）係數,容器內可安裝攪拌器。
3）噴淋式換熱器：這種換（huàn）熱器是將換熱管（guǎn）成（chéng）排地固定在鋼架上，熱流（liú）體在管內流動,冷卻水（shuǐ） 從上方噴淋裝置均勻（yún）淋下,故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜（mó）,管外給熱係數較沉浸式增大（dà）很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通（tōng）之處,冷（lěng）卻水的蒸（zhēng）發亦帶走一部（bù）分熱量,可起到降低冷卻（què）水溫度,增大（dà）傳（chuán）熱推動力的作用.因（yīn）此,和（hé）沉浸式相比,噴淋式換（huàn）熱器（qì）的傳熱效果大有改善。
4）套管式（shì）換熱器：套管式換熱器是由直徑不同的直管製成的同心（xīn）套（tào）管,並由U形（xíng）彎頭（tóu）連接而成.在（zài）這種換（huàn）熱器中,一種流體走管內,另一種流體走環隙（xì）,兩者皆（jiē）可得到較高的流速,故（gù）傳熱係數較大.另（lìng）外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對數平均推動力較大。套管換熱器結構簡單（dān）,能承受高壓,應用亦方便(可根據（jù）需要增減管段數目). 特別是由於套管換熱（rè）器（qì）同時具（jù）備傳熱係數大,傳熱推動力大及能夠承（chéng）受高壓強的優（yōu）點,在超高壓生產過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產過程)中所用的換熱器幾乎（hū）全部是套管式。
5）管殼式換熱器：管殼式(又（yòu）稱列管式) 換熱器（qì）是最典型的間壁式（shì）換熱器,它在工業上的應用（yòng）有著悠久的曆史,而且至今仍在所有換熱器中占據主（zhǔ）導地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多（duō）呈圓形,內部裝有平行管束,管束兩端（duān）固（gù）定於（yú）管板上。在管殼（ké）換（huàn）熱器內進行換熱的兩種流體,一種在管內流動,其行程稱為（wéi）管程；一種在管外流動,其（qí）行程稱為殼程。管束的壁麵即為傳熱麵。為提高管（guǎn）外流體（tǐ）給熱係數,通常在殼體內安（ān）裝一定數量的橫向折流檔板（bǎn）。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按（àn）規定路（lù）徑多次錯流通過管束,使湍動（dòng）程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者（zhě）應用更為廣泛.。流體在管內每（měi）通（tōng）過管束一次稱（chēng）為一個管程,每通過（guò）殼（ké）體一次稱（chēng）為一個殼程。為提高管內流體（tǐ）的速度,可在兩端封頭內設置適（shì）當隔板,將全部管子平均分隔（gé）成若幹組。這樣,流體可每次隻通過部分管子而（ér）往返管束多次,稱為多管程。同樣,為提高管外流速（sù）,可在殼體（tǐ）內安裝縱向（xiàng）檔板使流體多次通過殼體空間,稱多（duō）殼程（chéng）。在管殼式換熱器內,由於管內外流體溫度不同,殼體和管束的溫（wēn）度也不同（tóng）。如兩者溫差很大, 換熱器（qì）內部將出現很大的熱（rè）應力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上鬆脫。因此,當管束和殼（ké）體溫度（dù）差超（chāo）過50℃時,應采取適當 的溫差補償措施,消除或減小熱（rè）應力。
2.混合式（shì）換熱（rè）器（qì）
混合式（shì）熱交換（huàn）器（qì）是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免（miǎn）了傳熱間（jiān）壁及（jí）其兩側的汙垢熱阻，隻要流體間（jiān）的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許（xǔ）流體（tǐ）相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體（tǐ）的洗滌與冷卻、循環水的冷卻、汽-水之間（jiān）的混合加熱、蒸汽的（de）冷凝（níng）等等。它的應用遍及化工和冶（yě）金企業（yè）、動（dòng）力工程（chéng）、空氣調節工程以及其它許多生（shēng）產部門中。 按照用（yòng）途的不同，可（kě）將混合式熱交換器分（fèn）成以下幾種不同的類型：
1）冷卻塔(或稱冷水塔)：在這種設備中，用（yòng）自（zì）然通風或機械通風的方法（fǎ），將生產中已經提高了溫度的（de）水進行冷卻降溫之後循環（huán）使用，以（yǐ）提高係統的經濟效益。例如熱力發電（diàn）廠或核電站的循環水、合成氨生產（chǎn）中（zhōng）的冷卻水等，經過水冷卻塔降溫之後再循環使用，這種方法在實際工程中得到了廣（guǎng）泛的使用。
2）氣體洗滌塔(或稱洗滌（dí）塔)：在（zài）工（gōng）業上用（yòng）這種設備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混（hún）合物中的某些組分，除淨氣體中的灰塵，氣體的增濕或（huò）幹燥等。但（dàn）其最廣泛的用途是冷卻氣體，而（ér）冷卻所用（yòng）的液體以（yǐ）水居多。空調工程中廣泛使用的噴淋（lín）室，可以認（rèn）為是它的一種特（tè）殊（shū）形式。噴淋室（shì）不但可以像氣體洗滌塔（tǎ）一樣對（duì）空氣進行冷卻，而且還可對（duì）其進行加熱處理。但（dàn）是（shì），它也有（yǒu）對水質要求（qiú）高、占地麵（miàn）積（jī）大、水泵耗能多等缺點：所以，目前在一般建築中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設備使用。但是，在以調節濕（shī）度為主要目的的紡織廠、卷煙廠（chǎng）等仍（réng）大（dà）量使（shǐ）用!
3）噴（pēn）射式熱交換器：在這（zhè）種設備中，使壓力較高的流體（tǐ）由噴（pēn）管噴（pēn）出，形（xíng）成很（hěn）高的速度，低壓流體被引入混合室（shì）與射流直接接觸進行傳（chuán）熱，並一同進入擴散管，在擴散管的出口達到（dào）同一壓力和（hé）溫度後送（sòng）給用戶。
4）混合式冷凝器：這種設（shè）備一般是用水（shuǐ）與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。
3.蓄熱式換熱器（qì）：
蓄熱式換熱器用於進行蓄熱式（shì）換（huàn）熱的設備。內（nèi）裝固體填充（chōng）物，用以（yǐ）貯蓄（xù）熱量（liàng）。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波（bō）形帶等）。換熱分兩個階段進（jìn）行。第一階段，熱氣體通過火格子（zǐ），將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣（qì）體通（tōng）過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行（háng）。通常（cháng）用兩個蓄熱器交替使用，即當熱（rè）氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常（cháng）用於冶金工業，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用於化學（xué）工業，如（rú）煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室，人（rén）造（zào）石油廠中的蓄熱式裂化（huà）爐。 蓄熱式換熱器一般用於對介質混合要求比較低的場（chǎng）合。
五、附屬設備的（de）選擇：
1.管道與殼體連接（jiē）：管子在管板上固定依據是一定要確保管子和管板連接堅（jiān）固，不能在連接的位置出（chū）現（xiàn）問題。因為操作所壓力（lì）是常壓，因此選擇（zé）應用脹接法。
2.管板和殼體連接（jiē）：管板與殼（ké）體連接的形（xíng）式主要分為兩方麵（miàn），一種是可拆式，另一種是不可拆式。浮頭式的換熱器是依據管板（bǎn）自身不直接與殼體電焊連接（jiē），而是依據殼體上法蘭和管箱法蘭加持固定（dìng）。殼體的設（shè）計壓力為101.3kPa 低於1MPa，並且殼體介質（zhì）是不容易燃燒和爆炸的，更不容易揮發（fā）且有毒的。因此（cǐ）依據殼體壁厚為10mm。
3.換熱器的（de）封頭：選擇橢圓形封（fēng）頭DN=600mm 選擇甲型平焊法蘭PN=0.6MPa，D=715mm、D1=680mm、D2=650mm、D3=640mm、D4=637mm，壁厚等於32mm，d=18mm。
4.拉杆的數（shù）量與直徑的選擇（zé）：換熱器的外徑為25mm，因此拉杆直徑為16mm，因為直徑等於600mm 和（hé）16mm，結（jié）合表格可知拉（lā）杆數量為4 個。
5.導流筒：在殼程流體進出口的管板中一定存（cún）在一段流體無法達到的死角，以（yǐ）此一（yī）般在管束外提升（shēng）導流筒，促使流體出入殼程過程中（zhōng）一定會經過這一區域，提升傳遞熱量的效果（guǒ）。因為，壓力過低一般都會應用引（yǐn）導（dǎo）流（liú）筒。
6.接管的選擇：殼程流筒進入到接管（guǎn）處，獲取管內液體流動速度為2.4m/s，取接管的直（zhí）徑為70mm。管程流體進入到接管處，獲取管內（nèi）液體流動速度為（wéi）2.0m/s，取接管的直徑為200mm。
六（liù）、教（jiāo）學設備的推薦與介紹：
1、了（le）解熱管換熱器的結構。
2、可進行熱管換熱器傳熱係數和熱效率計算。
二、熱管換熱器實驗裝置,熱管換（huàn）熱（rè）器實驗設備,熱管換熱器實驗台主要配置（zhì）：
1、熱管換熱器，
2、加熱段風道，
3、受熱段風道，
4、冷、熱麵引風機，
5、風速測量儀，
6、加熱由固態調壓模塊無極調節，
7、萬能信號輸入巡檢儀，
8、電流表（biǎo），
9、電壓表（biǎo），
10、熱電偶。
11、不鏽鋼台架等。
三、熱（rè）管換熱器（qì）實驗（yàn）裝（zhuāng）置,熱管換熱器實驗設備,熱（rè）管換熱器實驗（yàn）台技術（shù）參數：
1、輸入電源（yuán）：單相AC220V±10% 50Hz，功率500W。
2、低噪音軸流風機，功率：100W，流量：300 m3/h。
4、翅片式熱管換熱器，尺寸 Φ20×41mm ，材質304不鏽鋼管。
5、溫度測量（liàng）：測量係統配置有智能（néng）溫度控製儀表（PID調節控溫，精度 ±0.2℃），高精度PID調壓模塊電路。
6、外形尺（chǐ）寸：800×350×600mm
II型：增加帶標準信號的多路萬能信號輸（shū）入巡檢儀，增加帶標準信號的數（shù）顯電流表（biǎo）電壓表，軟件等。
七、結束語：
總而言之（zhī），換熱（rè）器是工業換熱設備中重要的工作內容，換熱器設計的優劣將（jiāng）直接影響其（qí）未來長時（shí）間的安全性和發展性。
在（zài）實際（jì）發展中，結合以往操作過程（chéng）中存在的問題和需求進行有效的分析，並且依據現階段市場環境和設備特點，提出有效的設計形式，以（yǐ）此滿足目前（qián）工業（yè）換熱設備需求，達到工作內容的規定。
品（pǐn）牌理念 
標準（zhǔn）流程（chéng） 
有效溝通
專業管理
客戶視圖
優秀團（tuán）隊
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