工廠的生產(chǎn)離不開熱量的變換,換熱器是實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)中熱量交換和傳遞熱量不可缺少的設(shè)備,換熱器是工業(yè)清洗最常見的服務(wù)對(duì)象之一。那么,究竟有哪些換熱器?它們的工作原理又是什么呢?一起來(lái)看看吧!
直接接觸式換熱器
這類換熱器的主要工作原理是兩種介質(zhì)經(jīng)接觸而相互傳遞熱量,實(shí)現(xiàn)傳熱,接觸面積直接影響到傳熱量,這類換熱器的介質(zhì)通常一種是氣體,另一種為液體,主要是以涼水塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備,但通常又涉及傳質(zhì),故很難區(qū)分與塔器的關(guān)系,通常歸口為塔式設(shè)備,化工廠和發(fā)電廠用涼水塔為最典型的直接接觸式換熱器。
蓄能式換熱器
簡(jiǎn)稱蓄能器,這種換熱器的原理是熱介質(zhì)先通過(guò)加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后,冷介質(zhì)再通過(guò)固體物質(zhì)被加熱,冷熱交替使之到達(dá)傳熱量的目的。主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。
間壁式換熱器
這類換熱器原理是冷、熱兩種介質(zhì)被固體間壁隔開,并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的,這類換熱器的用量非常大,占總量的99%。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板式等。
管殼式換熱器
管殼式換熱器又稱列管式換熱器。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。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,操作可靠,可用各種結(jié)構(gòu)材料(主要是金屬材料)制造,能在高溫、高壓下使用,是目前應(yīng)用最廣的類型。
固定管板式換熱器
固定管板式的兩端管板和殼體制成一體。因此它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低的優(yōu)點(diǎn)。但是殼程清洗和檢修困難。在殼層里的流體,必須是潔凈且不易結(jié)垢的物料。
當(dāng)兩流體的溫差較大時(shí),應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個(gè)補(bǔ)償圈,當(dāng)外殼和管束熱膨脹不同時(shí),補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形,以適應(yīng)外殼和管束不同的熱膨脹程度。這種補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單,但不宜應(yīng)用兩流體溫差過(guò)大(不大于70℃)和殼程流體壓強(qiáng)過(guò)高的場(chǎng)合。
優(yōu)點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。
2、在相同的殼體直徑內(nèi),排管數(shù)最多,旁路最少。
3、每根換熱管都可以進(jìn)行更換,且管內(nèi)清洗方便。
缺點(diǎn)
1、殼程不能進(jìn)行機(jī)械清洗。
2、當(dāng)換熱管與殼體的溫差較大(大于50℃)時(shí)產(chǎn)生溫差應(yīng)力,需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié),因而殼程壓力受膨脹節(jié)強(qiáng)度的限制不能太高。
3、固定管板式換熱器適用于殼方流體清潔且不易結(jié)垢,兩流體溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的場(chǎng)合。
浮頭式換熱器
浮頭換熱器有一端管板不與外殼連為一體,可以沿軸向自由浮動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)不但完全消除了熱應(yīng)力的影響,且由于固定端的管板以法蘭與殼體連接,整個(gè)管束可以從殼體中抽出,因此便于清洗和檢修。故浮頭式換熱器應(yīng)用比較普遍,但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,造價(jià)較高。
優(yōu)點(diǎn)
1、當(dāng)換熱管與殼體有溫差存在,殼體或換熱管膨脹時(shí),互不約束,不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。
2、管束可從殼體內(nèi)抽出,便于管內(nèi)和管間的清洗。
缺點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,用材量大,造價(jià)高。
2、浮頭蓋與浮動(dòng)管板之間若密封不嚴(yán),發(fā)生內(nèi)漏,造成兩種介質(zhì)的混合。
3U形管式換熱器
U 形管式換熱器在換熱器中是唯一適用于高溫、高壓和高溫差的換熱器。
其根管子都彎成U型,進(jìn)出口分別安裝在同一管板的兩側(cè),封頭用隔板分成兩室。這樣,每根管子可以自由伸縮。而與其他管子和殼體均無(wú)關(guān)。這種換熱器結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單,重量輕,但管程不易清洗,只適用與潔凈而不易結(jié)構(gòu)的流體,比如高壓氣體的換熱。
優(yōu)點(diǎn)
1、U 形換熱管的管束可以自由浮動(dòng),無(wú)須考慮溫差應(yīng)力,可用于大溫差場(chǎng)合。
2、只有一塊管板,法蘭數(shù)量少,泄露點(diǎn)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
3、運(yùn)行可靠,造價(jià)低。管束可以抽出,管間清洗方便。
缺點(diǎn)
1、管內(nèi)清洗比較困難。
2、由于管子需要有一定的彎曲半徑,故管板的利用率較低。
3、管束最內(nèi)層管間距大,殼程易短路。當(dāng)管內(nèi)流速太高時(shí),將會(huì)對(duì)U 形彎管段產(chǎn)生嚴(yán)重的沖蝕,影響壽命。
4、內(nèi)層管子壞了只能堵塞而不能更換,因而報(bào)廢率較高。
填料函式浮頭換熱器
浮頭式換熱器的一種改型結(jié)構(gòu),它把原置于殼程內(nèi)部的浮頭移至體外,用填料函來(lái)密封殼程內(nèi)介質(zhì)的外泄。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接,另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮,不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。
優(yōu)點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單,制造方便,金屬耗量較浮頭低10%左右,造價(jià)低。
2、管束可從殼體內(nèi)抽出,管內(nèi)、管間均能進(jìn)行清洗,維修方便。
缺點(diǎn)
1、填料函耐壓不高,一般小于4.0MPa。
2、殼程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外漏,對(duì)易燃、易爆、有毒和貴重的介質(zhì)不適用。
3、填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結(jié)垢,需經(jīng)常清理且壓力不高的場(chǎng)合。
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。
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制造。
缺點(diǎn):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
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,淋式換熱器的傳熱效果大有改善。
優(yōu)點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜。
2、能耐高壓。
3、便于檢修、清洗,水質(zhì)要求低。
缺點(diǎn)
1、冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果。
2、只能安裝在室外。
套管式換熱器
以同心套管中的內(nèi)管作為傳熱元件的換熱器。兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管,每一段套管稱為“一程”,程的內(nèi)管(傳熱管)借U形肘管,而外管用短管依次連接成排,固定于支架上。熱量通過(guò)內(nèi)管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。
通常,熱流體(A流體)由上部引入,而冷流體(B流體)則由下部引入。套管中外管的兩端與內(nèi)管用焊接或法蘭連接。內(nèi)管與U形肘管多用法蘭連接,便于傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長(zhǎng)度取4~7米。這種換熱器傳熱面積最高達(dá)18平方米,故適用于小容量換熱。
優(yōu)點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能耐高壓。
2、傳熱面積可根據(jù)需要增減,應(yīng)用方便。
缺點(diǎn)
1、管間接頭多,易泄露。
2、占地面積較大,單位傳熱面消耗金屬量大。
翅片管式換熱器
翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)與一般管殼式換熱器基本相同,只是用翅片管代替了光管作為傳熱面。翅片管是一種帶肋的壁面,對(duì)擴(kuò)展換熱面積和促進(jìn)湍流有顯著的作用。
由于傳熱加強(qiáng),結(jié)構(gòu)緊湊,可做成緊湊式換熱器。翅片管換熱器也經(jīng)常用于加熱或冷卻管外氣體,而在管內(nèi)通以蒸汽或水,例如空冷器、鍋爐省煤器等。
優(yōu)點(diǎn)
1、與光管相比,傳熱面增大,傳熱能力增強(qiáng)。
2、同樣熱負(fù)荷下,比光管的管子少,因此結(jié)構(gòu)更緊湊。
3、可針對(duì)傳熱和工藝靈活選擇材料,做成鑲嵌或焊接翅片管。
缺點(diǎn)
1、造價(jià)高。
2、流阻大,動(dòng)力消耗大。
夾套換熱器
容器外壁安裝夾套制成,夾套與容器之間形成的空間作為加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的通路。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)且使容器內(nèi)液體受熱均勻,可在容器內(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)。
優(yōu)點(diǎn)
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
2、加工方便。
缺點(diǎn)
傳熱面積小,傳熱效率低。
螺旋板式換熱器
螺旋板換熱器是由兩張平行的金屬板卷制而成,在其內(nèi)部形成兩個(gè)同心的螺旋形通道。換熱器中央設(shè)置隔板,將螺旋形通道隔開,兩板之間焊有定距柱以維持通道間距。在螺旋板兩側(cè)焊有蓋板。冷熱流體分別通過(guò)兩條通道,在器內(nèi)逆流流動(dòng),通過(guò)薄板進(jìn)行換熱。
優(yōu)點(diǎn)
1、傳熱系數(shù)高。
2、不易結(jié)垢和堵塞。
3、能利用溫度較低的熱源。
4、結(jié)構(gòu)緊湊。
缺點(diǎn)
1、操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高。
2、不易檢修。
平板式換熱器
簡(jiǎn)稱板式換熱器,由一組長(zhǎng)方形的薄金屬板平行排列,加緊組裝于支架之上而構(gòu)成。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片,壓緊后板間形成密封的流體通道,且可用墊片的厚度調(diào)節(jié)通道的大小。
優(yōu)點(diǎn)
1、傳熱系數(shù)高。
2、結(jié)構(gòu)緊湊。
3、具有可拆結(jié)構(gòu)。
缺點(diǎn)
1、允許的操作壓強(qiáng)和溫度比較低。
2、通流面積小,流速又不大,處理量較小。
板翅式換熱器
是一種更為高效、緊湊、輕巧的換熱器。過(guò)去由于制造成本較高,僅用于宇航、電子、原子能等少數(shù)部門。現(xiàn)已逐漸用于石油化工及其他工業(yè)部門。
板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多,但基本元件相同,即在兩塊平行的薄金屬板之間,加入波紋狀或其他形狀的金屬翅片,將兩側(cè)面封死,即成為一個(gè)換熱基本元件。
優(yōu)點(diǎn)
1、傳熱效率高,溫度控制性好。
2、翅片很薄,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小。
3、翅片兼具傳熱面和支撐作用,強(qiáng)度高。
缺點(diǎn)
1、流道狹小,容易堵塞,且清理困難。
2、隔板和翅片很薄,要求介質(zhì)對(duì)鋁不會(huì)腐蝕,若腐蝕,造成內(nèi)部串漏,很難修補(bǔ)。
3、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,給設(shè)計(jì)增加了難度。
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