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裝置，又稱熱交換器。換熱器是化工,石油,動力,食品及其它許多工業部門的通用裝置,在生產中佔有重要地位.在化工生產中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等,應用更加廣泛。換熱裝置因其用途不同，型別繁多，效能不一，但均可歸結為管殼式結構和板式結構兩大類。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裝置，即在一個大的密閉容器內裝上水或其他介質，而在容器內有管道穿過。讓熱水從管道內流過。由於管道內熱水和容器內冷熱水的溫度差，會形成熱交換，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的冷水，換熱器又稱熱交換器。三.機械結構形式換熱器的分類良多，可以按傳熱原理、結構和用途等進行分類，按其結構分類主要有管殼式和板式兩種。根據冷、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、間壁式換熱器的型別夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套製成,結構簡單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱係數也不高.為提高傳熱係數且使釜內液體受熱均勻,可在釜內安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套中設定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.為補充傳熱面的不足,也可在釜內部安裝蛇管.夾套式換熱器廣泛用於反應過程的加熱和冷卻。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的形狀,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,管外給熱係數小.為提高傳熱係數,容器內可安裝攪拌器。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，熱流體在管內流動,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程度較高的液膜,管外給熱係數較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作用.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,並由U形彎頭連線而成.在這種換熱器中,一種流體走管內,另一種流體走環隙,兩者皆可得到較高的流速,故傳熱係數較大.另外,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,能承受高壓,應用亦方便(可根據需要增減管段數目).特別是由於套管換熱器同時具備傳熱係數大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優點,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全部是套管式。管殼式換熱器管殼式(又稱列管式)換熱器是最典型的間壁式換熱器,它在工業上的應用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中佔據主導地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內部裝有平行管束,管束兩端固定於管板上。在管殼換熱器內進行換熱的兩種流體,一種在管內流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,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係數,通常在殼體內安裝一定數量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規定路徑多次錯流透過管束,使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者應用更為廣泛.。流體在管內每透過管束一次稱為一個管程,每透過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內流體的速度,可在兩端封頭內設定適當隔板,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,可在殼體內安裝縱向檔板使流體多次透過殼體空間,稱多殼程。在管殼式換熱器內,由於管內外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大,換熱器內部將出現很大的熱應力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上鬆脫。因此,當管束和殼體溫度差超過50℃時,應採取適當的溫差補償措施,消除或減小熱應力。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行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的汙垢熱阻，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合，都可以採用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、迴圈水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生產部門中。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型別：(1)冷卻塔(或稱冷水塔)在這種裝置中，用自然通風或機械通風的方法，將生產中已經提高了溫度的水進行冷卻降溫之後迴圈使用，以提高系統的經濟效益。例如熱力發電廠或核電站的迴圈水、合成氨生產中的冷卻水等，經過水冷卻塔降溫之後再迴圈使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業上用這種裝置來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，除淨氣體中的灰塵，氣體的增溼或乾燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多。空調工程中廣泛使用的噴淋室，可以認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空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質要求高、佔地面積大、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溼裝置使用。但是，在以調節溼度為主要目的的紡織廠、捲菸廠等仍大量使用!(3)噴射式熱交換器在這種裝置中，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行傳熱，並一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度後送給使用者。(4)混合式冷凝器這種裝置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於進行蓄熱式換熱的裝置。內裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。第一階段，熱氣體透過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體透過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用於冶金工業，如鍊鋼平爐的蓄熱室。也用於化學工業，如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。蓄熱式換熱器一般用於對介質混合要求比較低的場合。
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裝置，又稱熱交換器。換熱器是化工,石油,動力,食品及其它許多工業部門的通用裝置,在生產中佔有重要地位.在化工生產中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等,應用更加廣泛。換熱裝置因其用途不同，型別繁多，效能不一，但均可歸結為管殼式結構和板式結構兩大類。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裝置，即在一個大的密閉容器內裝上水或其他介質，而在容器內有管道穿過。讓熱水從管道內流過。由於管道內熱水和容器內冷熱水的溫度差，會形成熱交換，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的冷水，換熱器又稱熱交換器。三.機械結構形式換熱器的分類良多，可以按傳熱原理、結構和用途等進行分類，按其結構分類主要有管殼式和板式兩種。根據冷、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、間壁式換熱器的型別夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套製成,結構簡單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱係數也不高.為提高傳熱係數且使釜內液體受熱均勻,可在釜內安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套中設定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.為補充傳熱面的不足,也可在釜內部安裝蛇管.夾套式換熱器廣泛用於反應過程的加熱和冷卻。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的形狀,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,管外給熱係數小.為提高傳熱係數,容器內可安裝攪拌器。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，熱流體在管內流動,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程度較高的液膜,管外給熱係數較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作用.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,並由U形彎頭連線而成.在這種換熱器中,一種流體走管內,另一種流體走環隙,兩者皆可得到較高的流速,故傳熱係數較大.另外,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,能承受高壓,應用亦方便(可根據需要增減管段數目).特別是由於套管換熱器同時具備傳熱係數大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優點,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全部是套管式。管殼式換熱器管殼式(又稱列管式)換熱器是最典型的間壁式換熱器,它在工業上的應用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中佔據主導地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內部裝有平行管束,管束兩端固定於管板上。在管殼換熱器內進行換熱的兩種流體,一種在管內流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,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係數,通常在殼體內安裝一定數量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規定路徑多次錯流透過管束,使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者應用更為廣泛.。流體在管內每透過管束一次稱為一個管程,每透過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內流體的速度,可在兩端封頭內設定適當隔板,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,可在殼體內安裝縱向檔板使流體多次透過殼體空間,稱多殼程。在管殼式換熱器內,由於管內外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大,換熱器內部將出現很大的熱應力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上鬆脫。因此,當管束和殼體溫度差超過50℃時,應採取適當的溫差補償措施,消除或減小熱應力。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行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側的汙垢熱阻，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合，都可以採用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、迴圈水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應用遍及化工和冶金企業、動力工程、空氣調節工程以及其它許多生產部門中。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型別：(1)冷卻塔(或稱冷水塔)在這種裝置中，用自然通風或機械通風的方法，將生產中已經提高了溫度的水進行冷卻降溫之後迴圈使用，以提高系統的經濟效益。例如熱力發電廠或核電站的迴圈水、合成氨生產中的冷卻水等，經過水冷卻塔降溫之後再迴圈使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業上用這種裝置來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，除淨氣體中的灰塵，氣體的增溼或乾燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多。空調工程中廣泛使用的噴淋室，可以認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空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質要求高、佔地面積大、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溼裝置使用。但是，在以調節溼度為主要目的的紡織廠、捲菸廠等仍大量使用!(3)噴射式熱交換器在這種裝置中，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行傳熱，並一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度後送給使用者。(4)混合式冷凝器這種裝置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於進行蓄熱式換熱的裝置。內裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。第一階段，熱氣體透過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體透過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用於冶金工業，如鍊鋼平爐的蓄熱室。也用於化學工業，如煤氣爐中的空氣預熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。蓄熱式換熱器一般用於對介質混合要求比較低的場合。