6.7 換熱器
換熱器是化工、石油、食品及其他許多任務業部門的通用裝置，在生產中占有重要地位。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，應用甚為廣泛。由於生產規模、物料的性質、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的型別也是多種多樣。
根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。
6.7.1 直接接觸式（混合式）
在這類換熱器中，冷熱兩種流體通過直接混合進行熱量交換。在工藝上允許兩種流體相互混合的情況下，這是比較方便和有效的，且其結構比較簡單。直接接觸式換熱器常用於氣體的冷卻或水蒸汽的冷凝。
6.7.2 蓄熱式
蓄熱式換熱器又稱為蓄熱器，它主要由熱容量較大的蓄熱室構成，室中可填耐火磚或金屬帶等作為填料。當冷、熱兩種流體交替地通過同一蓄熱室時，即可通過填料將得自熱流體的熱量，傳遞給冷流體，達到換熱的目的。這類換熱器的結構簡單，且可耐高溫，常用於氣體的餘熱及其冷量的利用。
其缺點是裝置體積較大，而且兩種流體交替時難免有一定程度的混合。
6.7.3 間壁式
這一類換熱器的特點是在冷熱兩種流體之間用一金屬壁（或石墨等導熱性好的非金屬）隔開，以使兩種流體在不相混合的情況下進行熱量交換。由於在三類換熱器中，間壁式換熱器應用最多，因此下面重點討論間壁式換熱器。
（1）夾套式換熱器
結構：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。
優點：結構簡單，加工方便。
缺點：傳熱面積a小，傳熱效率低。
用途：廣泛用於反應器的加熱和冷卻。
為了提高傳熱效果，可在釜內加攪拌器或蛇管和外迴圈。
（2）沉浸式蛇管換熱器
結構：蛇管一般由金屬管子彎繞而製成，適應容器所需要的形狀，沉浸在容器內，冷熱流體在管內外進行換熱。
優點：結構簡單，便於防腐，能承受高壓。
缺點：傳熱面積不大，蛇管外對流傳熱系數小，
為了強化傳熱，容器內加攪拌。
（3）噴淋式換熱器
結構：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來，沿管表面流下來，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進行換熱。在下流過程中，冷卻水可收集再進行重新分配。
優點：結構簡單、造價便宜，能耐高壓，便於檢修、清洗，傳熱效果好。
缺點：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。
用途：用於冷卻或冷凝管內液體。
（4）套管式換熱器
結構：由不同直徑組成的同心套管，可根據換熱要求，將幾段套管用u形管連線，目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或並流。
優點：結構簡單，加工方便，能耐高壓，傳熱系數較大，能保持完全逆流使平均對數溫差最大，可增減管段數量應用方便。
缺點：結構不緊湊，金屬消耗量大，接頭多而易漏，占地較大。
用途：廣泛用於超高壓生產過程，可用於流量不大，所需傳熱面積不多的場合。
（5）列管式換熱器（管殼式換熱器）
列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，佔據主導作用。主要由殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。
管束的壁面即為傳熱面。
優點：單位體積裝置所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結構堅固，可選用的結構材料範圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍採用。為提高殼程流體流速，往往在殼體內安裝一定數目與管束相互垂直的折流擋板。
折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。
常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。
殼體內裝有管束，管束兩端固定在管板上。由於冷熱流體溫度不同，殼體和管束受熱不同，其膨脹程度也不同，如兩者溫差較大，管子會扭彎，從管板上脫落，甚至毀壞換熱器。所以，列管式換熱器必須從結構上考慮熱膨脹的影響，採取各種補償的辦法，消除或減小熱應力。
根據所採取的溫差補償措施，列管式換熱器可分為以下幾個型式。
（1）固定管板式
殼體與傳熱管壁溫度之差大於50c，加補償圈，也稱膨脹節，當殼體和管束之間有溫差時，依靠補償圈的彈性變形來適應它們之間的不同的熱膨脹。
特點：結構簡單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產生垢層和腐蝕的介質。
（2）浮頭式
兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長方向浮動。當殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時，管束連同浮頭可在殼體內沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應力。
特點：結構較為複雜，成本高，消除了溫差應力，是應用較多的一種結構形式。
（3）u型管式
把每根管子都彎成u形，兩端固定在同一管板上，每根管子可自由伸縮，來解決熱補償問題。
特點：結構較簡單，管程不易清洗，常為潔淨流體，適用於高壓氣體的換熱。
6.7.4 管殼式換熱器的設計和選用
（1）設計和選用時應考慮的問題
除了前面講過流體的流向，流速和流體出口溫度的選擇外，還應考慮：
① 冷熱流體流動通道的選擇
a、不潔淨或易結垢的液體宜在管程，因管內清洗方便，但u形管式的不宜走管程；
b、腐蝕性流體宜在管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕；
c、壓力高的流體宜在管內，以免殼體承受壓力；
d、飽和蒸汽宜走殼程，飽和蒸汽比較清潔，而且冷凝液容易排出；
e、被冷卻的流體宜走殼程，便於散熱；
f、若兩流體溫差大，對於剛性結構的換熱器，宜將給熱係數大的流體通入殼程，以減小熱應力；
g、流量小而粘度大的流體一般以殼程為宜，因在殼程即可達到湍流。但這不是絕對的，如果流動阻力損失允許，將這種流體通入管內並採用多管程結構，反而會得到更高的給熱係數。
以上各點常常不可能同時滿足，而且有時還會相互矛盾，故應根據具體情況，抓住主要方面，作出適宜的決定。
② 流動方式的選擇
除逆流和並流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的複雜流動。當流量一定時，管程或殼程越多，對流傳熱系數越大，對傳熱過程越有利。但是，採用多管程或多殼程必導致流體阻力損失，即輸送流體的動力費用增加。
因此，在決定換熱器的程數時，需權衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。當採用多管程或多殼程時，列管式換熱器內的流動形式複雜，對數平均值的溫差要加以修正。
③ 換熱管規格和排列選擇
換熱管直徑越小，換熱器單位容積的傳熱面積越大。因此對於潔淨的流體管徑可取得小些。但對於不潔淨或易結垢的流體，管徑應取的大些，以免堵塞。
為了製造和維修的方便，我國目前試行的系列標準規定採用19×2mm和25×2.5mm兩種規格，管長有1.5、2.
0、3.0、6.0m，
排列方式：正三角形、正方形直列和錯列排列。
各種排列方式的優點：
④ 折流擋板
安裝折流擋板的目的是為提高殼程對流傳熱系數，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當。
對圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對殼程流體的流動情況有重要影響。由圖可以看出，弓形缺口太大或太小都會產生"死區"，既不利於傳熱，又往往增加流體阻力。擋板的間距對殼體的流動亦有重要的影響。
間距太大，不能保證流體垂直流過管束，使管外表面傳熱系數下降；間距太小，不便於製造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內徑的0.2～1.
0倍。a.切除過少 b.切除適當 c.切除過多
擋板切除對流動的影響
（2）管殼式換熱器的給熱係數
給熱係數包括管內流動的給熱係數和殼程給熱係數，管內流體的給熱係數前面已經學過，而殼程的給熱係數與折流擋板的形狀、板間距，管子的排列方式、管徑及管中心距等因素有關。
殼程中由於設有折流擋板，流體在殼程中橫向穿過管束，流向不斷變化，湍動增強，當即可達到湍流狀態。
（3）流體通過換熱器的阻力損失
① 管程阻力損失
包括各程直管阻力損失、回彎阻力損失及換熱器進出口阻力損失構成，其中可忽略不計。
式中 —— 管程結垢校正係數，對三角形排列取1.5，正方形排列取1.4；
——管程數；
式中 ——換熱管長度，m；
（包括回彎和進出口區域性阻力及封頭內流體轉向的區域性阻力之和，取阻力係數為3）
管程阻力損失也可寫成
由於，所以。
對同一換熱器，若單程改為雙程，阻力損失劇增為原來的8倍，而給熱係數只增為原來的1.74倍，因此在選擇換熱器管程數時，應該兼顧傳熱與流體壓降兩方面的得失。
② 殼程阻力損失
殼程由於流動狀態比較複雜，結構引數較多，提出的公式較多，但可歸結為
不同的計算公式，決定和的方法不同，計算結果往往不一致。
（4）對數平均溫差的修正
前面學過的對數平均溫差僅適用於純並流或純逆流的情況，當採用多管程或多殼程時，由於其內流動形式複雜，平均推動力的計算式相當複雜。為了方便，可將這些複雜流型的平均推動力的計算結果與進出口溫度相同的純逆流相比較，求出修正係數，即
其中的求法為：
根據，值由圖查出各種情況的值。
在設計時注意應使》0.8，為什麼？
因為①經濟上不合理；②操作溫度略有變動，則下降很快，使操作不穩定。
（5）管殼式換熱器的設計和選用步驟
① 由已知條件計算傳熱量及逆流平均溫差
由上式可知，要求，必須知道，；而和則是由傳熱面積的大小和換熱器結構決定的。因此，在冷、熱流體的流量及進出口溫度已知的條件下，選用或設計換熱器必須通過試差計算。
② 初選換熱器的尺寸規格
a、初步選定流體流動方式，由冷熱流體的進出口溫度計算溫差修正係數，應使》0.8，否則應改變流動方式，重新計算；
b、依據經驗估計總傳熱系數，估算傳熱面積；
c、根據，根據系列標準選定換熱管的直徑、長度及排列；如果是選用，可根據在系列標準中選用適當的換熱器型號；
③ 計算管程的壓降和給熱係數；
a、根據經驗選定流速，確定管程數目，並計算管程壓降，若》，必須調整管程數目重新計算。
b、計算管內給熱係數，若<，則應改變管程數重新計算；若改變管程數使》，則應重新估計，另選一換熱器型號進行試算。
④ 計算殼程壓降和給熱係數；
a、根據流速範圍確定擋板間距，並計算殼程壓降，若》，可增大擋板間距。
b、計算殼程給熱係數，若太小可減小擋板間距。
⑤ 計算傳熱系數，校核傳熱面積。
根據流體性質選擇適當的垢層熱阻r，由r、、計算，再由傳熱基本方程計算。當小於初選換熱器實際所具有的傳熱面積，則計算可行。考慮到所用換熱器計算式的準確度及其他未可預料的因素，應使選用換熱器面積有15%~25%的裕度，即/=1.
15~1.25，否則應重新估計乙個，重複以上計算。
6.7.5 傳熱過程的強化措施
由，要增大熱流量可通過提高，增大，增大來達到。
（1）增大傳熱平均溫度差
① 兩側變溫情況下，盡量採用逆流流動；
② 提高加熱劑t1的溫度（如用蒸汽加熱，可提高蒸汽的壓力來達到提高其飽和溫度的目的）；降低冷卻劑t1的溫度。
利用來強化傳熱是有限的。
常見換熱器結構及優缺點
6.7 換熱器 換熱器是化工 石油 食品及其他許多任務業部門的通用裝置，在生產中占有重要地位。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，應用甚為廣泛。由於生產規模 物料的性質 傳熱的要求等各不相同，故換熱器的型別也是多種多樣。根據冷 熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大...
常見閥門及其優缺點
缺點 因為球閥最主要的閥座密封圈材料是聚四氟乙烯，它對幾乎所有的化學物質都有是惰性的，且具有摩擦係數小 效能穩定 不易老化 溫度適用範圍廣和密封效能優良的綜合性特點。但聚四氟乙烯的物理特性，包括較高的膨脹係數，對冷流的敏感性和不良的熱傳導性，要求閥座密封的設計必須圍繞這些特性進行。所以，當密封材料變...
常見的會計軟體的優缺點
當然它肯定也有缺陷的 跨年查詢明細賬比較麻煩,不能在乙個年度中查以前年度的資料,後面的用友通t3,用友普及型t6等軟體給了乙個跨年查詢外掛程式,勉強彌補了相應的不足。系統採用兩層結構，部署受到一定限制。用友程式不夠穩定，你看看用友的維護量就知道。用友管理構架比較死板，不能滿足企業多變的需求。管理軟體...