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一、換熱器的概念
換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工，石油，動(dòng)力，食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱設(shè)備因其用途不同，類型繁多，性能不一，但均可歸結(jié)為管殼式結(jié)構(gòu)和板式結(jié)構(gòu)兩大類。
二、換熱器的工作原理
換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，即在一個(gè)大的密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容器內(nèi)有管道穿過(guò)。讓熱水從管道內(nèi)流過(guò)。由于管道內(nèi)熱水和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會(huì)形成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫物體的熱量總是向低溫物體傳遞，這樣就把管道里水的熱量交換給了容器內(nèi)的冷水，換熱器又稱熱交換器 。
三、機(jī)械結(jié)構(gòu)形式
換熱器的分類良多，可以按傳熱原理、結(jié)構(gòu)和用途等進(jìn)行分類，按其結(jié)構(gòu)分類主要有管殼式和板式兩種。 根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。
1、間壁式換熱器的類型
夾套式換熱器
這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過(guò)程的加熱和冷卻。
沉浸式蛇管換熱器
這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造;其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外給熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。
噴淋式換熱器
這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動(dòng)程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多。另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量，可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動(dòng)力的作用。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。
套管式換熱器
套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成。在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大。另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目)。 特別是由于套管換熱器同時(shí)具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動(dòng)力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過(guò)程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過(guò)程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。
管殼式換熱器
管殼式(又稱列管式) 換熱器是典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)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，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程;一種在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)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，前者應(yīng)用更為廣泛……流體在管內(nèi)每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程，每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體的速度，可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將全部管子平均分隔成若干組。這樣，流體可每次只通過(guò)部分管子而往返管束多次，稱為多管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過(guò)殼體空間，稱多殼程。在管殼式換熱器內(nèi)，由于管內(nèi)外流體溫度不同，殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大， 換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力，可能使管子彎曲，斷裂或從管板上松脫。因此，當(dāng)管束和殼體溫度差超過(guò)50℃時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng) 的溫差補(bǔ)償措施，消除或減小熱應(yīng)力。
2、混合式換熱器
混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。 按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：
(1) 冷卻塔(或稱冷水塔)
在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過(guò)水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實(shí)際工程中得到了廣泛的使用。
(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)
在工業(yè)上用這種設(shè)備來(lái)洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多�？照{(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，而且還可對(duì)其進(jìn)行加熱處理。但是，它也有對(duì)水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點(diǎn)：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用!
(3)噴射式熱交換器
在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。
(4)混合式冷凝器
這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。
3.蓄熱式換熱器
蓄熱式換熱器用于進(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子(有時(shí)用金屬波形帶等)。換熱分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，熱氣體通過(guò)火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來(lái)。第二階段，冷氣體通過(guò)火格子，接受火格子所儲(chǔ)蓄的熱量而被加熱。這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。通常用兩個(gè)蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進(jìn)入一器時(shí)，冷氣體進(jìn)入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。 蓄熱式換熱器一般用于對(duì)介質(zhì)混合要求比較低的場(chǎng)合。
4.緊湊式換熱器
(1)螺旋板式換熱器
一種高效換熱器設(shè)備，適用汽-汽、汽-液、液-液，對(duì)液傳熱。它適用于化學(xué)、石油、溶劑、醫(yī)藥、食品、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業(yè)。按 結(jié)構(gòu)形式可分為 不可拆式(Ⅰ型)螺旋板式及可拆式(Ⅱ型、Ⅲ型)螺旋 板式換熱器，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4751-2003《螺旋板式換熱器》。
(2)板式換熱器
由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液?液、液?汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、應(yīng)用廣泛、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達(dá)90%以上。
使用注意
1、保持管網(wǎng)的清潔。無(wú)論是在工作前還是工作完成后，都必須對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行清潔處理，這樣做的目的是為了避免發(fā)生換熱器堵塞的現(xiàn)象。還要注意及時(shí)對(duì)除污器以及過(guò)濾器的清洗，讓整個(gè)工作順利完成。
2、嚴(yán)重把關(guān)軟化水。對(duì)于水質(zhì)把關(guān)是相當(dāng)重要的，在進(jìn)行對(duì)軟化水水質(zhì)處理的前提下，首先要認(rèn)真檢查系統(tǒng)中的水和軟化罐水質(zhì)問(wèn)題，確定合格后方可進(jìn)行注入處理。
3、新系統(tǒng)檢驗(yàn)。對(duì)于一些新系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不能馬上與換熱器進(jìn)行交替使用，首先需把新的系統(tǒng)在指定的時(shí)間段運(yùn)行，讓它有了一個(gè)運(yùn)行模式后，此時(shí)方可以把換熱器并入系統(tǒng)中使用，這樣做的目的完全是為了避免管網(wǎng)中的雜質(zhì)破壞換熱器設(shè)備。
山東國(guó)信工業(yè)設(shè)備有限公司，總部地處濟(jì)南市高新區(qū)長(zhǎng)清創(chuàng)新谷;生產(chǎn)基地地處山東省濟(jì)南市長(zhǎng)清區(qū)五峰山街道辦事處駐地。公司是集研發(fā)、設(shè)備設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、工程總包、技術(shù)咨詢于一體具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化企業(yè)。
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