浅析换热器在化工生产工艺中的应用

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换热器在化工生产中常用于物料的加热、冷却或蒸发过程，按其用途或换热目的分为加热器、冷却器和冷凝器；按换热方法分为间壁式、混合式和蓄热式；按传热面结构分为管式和板式等。下面主要以间壁式换热器应用为例作简单介绍。

1. 间壁式换热器的种类及主要类型

目前化工生产中常用的间壁式换热器，按结构和材质的不同大致可分为以下几类：

1.1管壳式换热器传热面由管子组成，包括列管式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器、翅片管式换热器等多种。

1.2板式换热器传热面由板材组成，包括平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器、夹套式换热器、板壳式换热器等多种。

1.3由非金属材料制成的换热器包括不透性石墨换热器、玻璃换热器、聚四氟乙烯换热器等不同材料制成的换热器。

换热器性能的优劣对传热过程有重大影响，在评定和选择换热器时，应根据生产过程的特点，考虑以下几个因素，恰当地选用适宜的换热器型式：①换热器效率要高，即总传热系数要大；②单位体积换热器的传热面积要大，即比表面积大，紧凑性好；③流体流动过程阻力要小；④材质随温度变化而产生的应力要小；⑤结垢要少，清除污垢要方便。

2.列管式换热器

列管式换热器是化工生产中应用最广泛的一种换热设备。这种换热器设计比较成熟，我国已经标准化和系列化，可供选择使用。这种换热器的特点已列出。其主要优点在于结构紧凑，材料多样，单位换热器体积有较大的传热面积，一般可达40～80m2。因此有较高的传热速率和广泛的应用。

2.1换热器的程数列管式换热器的程数一般是指管程的程数，即管程流体流经管束的次数。流体只流经管束一次的，称为单程。如果换热器封头管箱内有隔板将管束分为两组，流体往返流经两组管束，称为双程，以此类推。

多程列管式换热器适用于管内流体流量小、所需传热面积很大的情况。管程多，可以使管内流速加快，增大湍流程度，从而提高管内给热系数，强化传热。

2.2管间折流挡板当列管式换热器的列管数很多时，管外壳程空间断面就会很大，而使壳程流体流速减小。为了提高壳程流体的流速，常在管外壳程空间安装折流挡板。常用的圆缺形折流挡板。另外还有盘、环交替排列的盘、环形折流挡板。

2.3换热器的热补偿措施列管式换热器在使用时，常常由于外壳和管束的温度不同，或壳体与管束的材质热膨胀系数不同，产生热应力，严重时会使列管弯曲变形，或从花板上松弛而引起泄漏，甚至使整个换热器损坏。根据热补偿措施可将列管式换热器分成：固定管板式换热器、U形管式换热器和浮头式换热器，热补偿措施如下：

2.3.1补偿圈补偿在换热器外壳上装置各种形式的补偿圈，使外壳具有一定的伸缩性。当管束与外壳膨胀的程度有差异时，可由补偿圈的弹性伸缩而得到补偿而消除应力影响。

2.3.2形管补偿将管束中的管子加工成U形，管子的两端都固定在同一块花板上。这种类型的换热器每根管子都可以自由伸缩，而与外壳的伸缩无关。只是管内不易清洗。

2.3.3浮头补偿换热器的一块花板不直接与外壳相连，将这一端称为浮头。浮头有在壳内的，也有在壳外的。这样，管束的膨胀变形不受外壳牵制。