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間壁式換熱器的類型
      間壁式換熱器的特點(diǎn)是冷、熱兩流體被固體壁面隔開，不相混合，通過間壁進(jìn)行熱量的      交換。此類換熱器中，以列管式應(yīng)用最廣，本節(jié)將作重點(diǎn)介紹。其它常用的間壁式換熱器簡(jiǎn)介如下：
      一、管式換熱器 
(一)蛇管式換熱器
蛇管式換熱器可分為兩類。
      1)沉浸式蛇管換熱器  蛇管多用金屬管子彎制而成，或制成適應(yīng)容器要求的形狀，沉浸      在容器中。兩種流體分別在蛇管內(nèi)、外流動(dòng)而進(jìn)行熱量交換。幾種常用的蛇管形式如圖4—      40所示。
      這種蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，便于防腐蝕，能承受高壓。主要缺點(diǎn)是      由于容器的體積較蛇管的體積大得多，故管外流體的 較小，因而總傳熱系數(shù)K值也較小。      若在容器內(nèi)增設(shè)攪拌器或減小管外空間，則可提高傳熱系數(shù)。 
2）噴淋式換熱器  噴淋式換熱器如圖4-41所示。它多用作冷卻器。固定在支架上的蛇管排列在同一垂直面上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，自下部的管進(jìn)入，由上部的管流出。冷水由最上面的多孔分布管(淋水管)流下，分布在蛇管上，并沿其兩側(cè)下降至下面的管子表面，最后流入水槽而排出。冷水在各管表面上流過時(shí)，與管內(nèi)流體進(jìn)行熱交換。這種設(shè)備常放置在室外空氣流通處，冷卻水在空氣中汽化時(shí)可帶走部分熱量，以提高冷卻效果。它和沉浸式蛇管換熱器相比，還具有便于檢修和清洗、傳熱效果也較好等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是噴淋不易均勻。
 
圖4-40  蛇管的形狀
 
圖4-41    噴淋式換熱器
1-彎管  2-循環(huán)泵  3-控制閥
在沉浸式換熱器的容器內(nèi)，流體常處于不流動(dòng)的動(dòng)態(tài)，因此在某瞬間容器內(nèi)各處的溫度 基本相同，而經(jīng)過一段時(shí)間后，流體的溫度由初溫t1變?yōu)榻K溫t2，故屬于非定態(tài)傳熱過程。
    (二)套管式換熱器
套管式換熱器系用管件將兩種尺寸不同的標(biāo)準(zhǔn)管連接成為同心圓的套管，然后用180°的回彎管將多段套管串聯(lián)而成，如圖4-42所示。每一段套管稱為一程，程數(shù)可根據(jù)傳熱要求而增減。每程的有效長(zhǎng)度為4～6m，若管子太長(zhǎng)，管中間會(huì)向下彎曲，使環(huán)形中的流體分布不均勻。
套管換熱器的優(yōu)點(diǎn)為：構(gòu)造簡(jiǎn)單；能耐高壓；傳熱面積可根據(jù)需要而增減；適當(dāng)?shù)剡x擇管內(nèi)、外徑，可使流體的流速較大；且雙方的流體作嚴(yán)格的逆流，都有利于傳熱。其缺點(diǎn)為：管間接頭較多，易發(fā)生泄漏；單位長(zhǎng)度具有傳熱面積較小。在需要傳熱面積不太大且要求壓強(qiáng)較高或傳熱效果較好時(shí)，宜采用套管式換熱器。
 
圖4—42  套管式換熱器
(三)列管式換熱器 
列管換熱器是目前化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的傳熱設(shè)備。與前述的各種換熱器相比，主  要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積較大以及傳熱效果較好；此外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造的材料  范圍較廣，操作彈性也較大等，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。
列管換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱  膨脹程度也有差別。若兩流體的溫度差較大(50℃以上)時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備  的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。根據(jù)熱補(bǔ)償方法的不同，列管  換熱器有下面幾種型式。
1.固定管板式
固定管板式換熱器如圖4—5所示。所謂固定管板式即兩端管板和殼體連接成一體，因  此它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應(yīng)是  較潔凈且不易結(jié)垢的物料。當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。圖4—43為具有補(bǔ)償  圈(或稱膨脹節(jié))的固定板式換熱器，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(拉伸或壓縮)，以適應(yīng)外殼和管束的不同的熱膨脹程度。  這種熱補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單，但不宜用于兩流體的溫度差太大(不大于70℃)和殼方流體壓強(qiáng)過高  (一般不高于600kPa)的場(chǎng)合。
 
圖4-43  具有補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器
1一擋板  2-補(bǔ)償圈  3-放氣嘴
2.U型管換熱器
U型管換熱器如圖4-44所示。管子彎成U型，管子的兩端固定在同一管板上，因此每      根管子可以自由伸縮，而與其它管子及殼體無關(guān)。
 
圖4-44  U型管換熱器
1一U型管  2一殼程隔板  3一管程隔板
      這種型式換熱器的結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，重量輕，適用于高溫和高壓的場(chǎng)合。其主要缺點(diǎn)是管      內(nèi)清洗比較困難，因此管內(nèi)流體必須潔凈；且因管子需一定的彎曲半徑，故管板的利用率較差。
      3.浮頭式換熱器   
      浮頭式換熱器如圖4-45所示，兩端管板之一不與外殼固定連接，該端稱為浮頭。當(dāng)管      子受熱(或受冷)時(shí)，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。浮頭式換熱器不但      可以補(bǔ)償熱膨脹，而且由于固定端的管板是以法蘭與殼體相連接的，因此管束可從殼體中抽      出，便于清洗和檢修。故浮頭式換熱器應(yīng)用較為普遍。但該種換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，金屬耗量較多，造價(jià)也較高。
以上幾種類型的列管換熱器都有系列標(biāo)準(zhǔn)，可供選用。規(guī)格型號(hào)中通常標(biāo)明型式、殼體直徑、傳熱面積、承受的壓強(qiáng)和管程數(shù)等。例如FA600—130—16-2的換熱器，F(xiàn)A表示浮頭式A型.換熱管為φ9X2mm，正三角行排列(FB表示浮頭B型，其換熱管為φ25X2.5mm，正方行排列)，殼體公稱直徑為600mm，公稱傳熱面積為130m2，公稱壓強(qiáng)為16at，管程數(shù)2。
 
圖4-45  浮頭式換熱器
1一管程隔板  2一殼程隔板  3一浮頭
      (一)夾套式換熱器
      這種換熱器構(gòu)造簡(jiǎn)單，如圖4—46所示。換熱器的夾套孝裝在容器的外部，夾套與器壁之間形成密閉的空間，為載熱體(加熱介質(zhì))或載冷體(冷卻介質(zhì))的通路。夾套通常用鋼或鑄鐵制成，可焊在器壁上或者用螺釘固定在容器的法蘭或器蓋上。.
      夾套式換熱器主要應(yīng)用于反應(yīng)過程的加熱或冷卻。在用蒸汽進(jìn)行加熱時(shí)，蒸汽由上部接管進(jìn)入夾套，冷凝水則由下部接管流出。作為冷卻器時(shí)，冷卻介質(zhì)(如冷卻水)由夾套下部的接管進(jìn)入，而由上部接管流出。
這種換熱器的傳熱系數(shù)較低，傳熱面又受容器的限制，因此適用于傳熱量不太大的場(chǎng)合。為了提高其傳熱性能，可在容器內(nèi)安裝攪拌器，使器內(nèi)液體作強(qiáng)制對(duì)流，為了彌補(bǔ)傳熱面的不足，還可在器內(nèi)安裝蛇管等。
 
圖4-46  夾套式換熱器
1一容器2一夾套
  (二)板式換熱器
板式換熱器主要由一組長(zhǎng)方形的薄金屬板平行排列、夾緊組裝于支架上而構(gòu)成。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片，壓緊后可達(dá)到密封的目的，且可用墊片的厚度調(diào)節(jié)兩板間流體通道的大小。每塊板的四個(gè)角上，各開一個(gè)圓孔，其中有兩個(gè)圓孔和板面上的流道相通，另外兩個(gè)圓孔則不相通，它們的位置在相鄰板上是錯(cuò)開的，以分別形成兩流體的通道。冷、熱流體交替地在板片兩側(cè)流過，通過金屬板片進(jìn)行換熱。每塊金屬板面沖壓成凹凸規(guī)則的波紋，以使流體均勻流過板面，增加傳熱面積，并促使流體湍動(dòng)，有利于傳熱。板式換熱器的示意圖如圖4-47所示。     
板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積設(shè)備所提供的傳熱面積大；總傳熱系數(shù)高，如對(duì)低粘度液體的傳熱，K值可高達(dá)7000W／(m2?℃)；可根據(jù)需要增減板數(shù)以調(diào)節(jié)傳熱面積；檢修和清洗都較方便。     
      板式換熱器的缺點(diǎn)是：處理量不太大；操作壓強(qiáng)較低，一般低于1500kPa，最高也不超過2000kPa；因受墊片耐熱性能的限制，操作溫度不能過高，一般對(duì)合成橡膠墊圈不超過  &n