设备选型—换热器.doc

一、换热器类型的选取

1．换热器分类：

（1）按照使用目的分类：冷却器、加热器、再沸器、冷凝器等；

（2）按照结构分类：管壳式、板式、管式等。

2．换热器的类型选择

换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。

因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有:

1) 热负荷及流量大小

2) 流体的性质

3) 温度、压力及允许压降的范围

4) 对清洗、维修的要求

5) 设备结构、材料、尺寸、重量

6) 价格、使用安全性和寿命

在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、制造条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。3．管壳式换热器

管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，还具有容量大、结构简单、造价低廉、清洗方便等优点，因此它在换热器中是最主要的型式。以下内容均用于管壳式换热器

二、工艺条件的选定

1．压降

较高的压降值导致较高的流速，因此会导致较小的设备和较少的投资，但运行费用会增高，较低的允许压降值则与此相反。所以，应该在投资和运行费用之间进行一个经济技术比较。换热器的压降可以参考相关的经验数据。

允许压降必须尽可能加以利用，如果计算压降与允许压降有实质差别，则必须尝试改变设计参数。

在设计中要充分利用允许压降用；而增加一点压降会增加很大的经济性，则应再

行设计并考虑增加允许压降的可能性。

2．流速

一般来说流体流速在允许压降范围内应尽量选高一些，以便获得较大的换热系数和较小污垢沉积，但流速过大会造成腐蚀并发生管子振动，而流速过小则管内易结垢。可以参考相关的经验数据。

3．温度（1）冷却水的出口温度不宜高于60°C，以免结垢严重。高温端的温差不应小于20°C，低温端的温差不应小于5°C。当在两工艺物流之间进行换热时，低温端的温差不应小于20°C。

（2）当在采用多管程、单壳程的管壳式换热器，并用水作为冷却剂时，冷却水的出口温度不应高于工艺物流的出口温度。

（3）在冷却或者冷凝工艺物流时，冷却剂的入口温度应高于工艺物流中易结冻组分的冰点，一般高5°C。

（5）当冷凝带有惰性气体的工艺物料时，冷却剂的出口温度应低于工艺物料的露点，一般低5°C。

（6）为防止天然气、凝析气产生水合物，堵塞换热管，被加热工艺物料出口温度必须高于其水合物露点(或冰点)，一般高5 ~10°C。

4．物流管壳程介质的安排建议遵循下列原则：

（1）介质流向的选择

被加热或被蒸发的流体，不论是在管侧或壳侧，应从下向上流动；

被冷凝的流体，不论是在管侧或壳侧，应从上向下流动；

（2）管壳程介质的选择

管程：一般是温度、压力较高，腐蚀性较强，比较脏，易结垢，对压力将有特定要求，容易析出结晶的物流等。

壳程：一般是粘性较大，流量较小，给热系数较小的物流等。

物料性能参数，不一定恰好都适合管程或者壳程的要求，最后的安排，应按关键因素或者主要参数综合评价确定。

三．结构参数的选取

1．总体设计尺寸细长型的换热器比短粗型要经济，通常情况下管长和壳径之比为5 ~10，但有时根据实际需要，长、径之比可增到15或20，但不常见。可以参考标准换热器尺寸。

2．换热管（1）管型

常见的有换热管为光管、翅片管。

（2）管长

管长的选取是受到两方面因素限制的，一个是材料费用，另一个是可用性。无相

变换热时，管子较长则传热系数也增加，在相同传热面积时，采用长管较好，一是可减少管程数，二是可减少压力降，三是每平方米传热面的比价低。但是管子过长给制造带来困难，也会增加管束的抽出空间。因此，换热管的长度一般控制在9m以内。

（3）管径和壁厚

管径愈小换热器愈紧凑、愈便宜。但是管径愈小换热器的压降将增加，为了满足允许的压降，一般推荐选用19mm的管子。对于易结垢的物料，为了清洗方便，采用外径为25mm的管子。对于有气－液两相流的工艺物流，一般选用较大的管径，例如再沸器、锅炉，多采用32mm的管径。

（4）换热管排列方式

正三角形排列：接凑度高，相同管板面积上可排管数多，壳程流体扰动性好，有较高的传热/压降性能比，故应用较广，但壳程不便于机械清洗。

正方形排列：流动压降小，易于机械清洗。

转角三角形排列：性能介于正三角形和正方形排列之间。

此外还有转角正方形，同心圆排列方式等。

3.折流板

折流板可以改变壳程流体的方向，使其垂直于管束流动，增加流体速度，以增强传热；同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。

●折流板型式

折流板的型式有圆缺形、环盘形和孔流形等。通常为圆缺形折流板，并可分为单圆缺形、双圆缺形和三圆缺形。

折流板圆缺位置

水平型折流板适用于无相变的对流传热，防止壳程流体平行于管束流动，减少壳程底部液体沉积。而在带有悬浮物或结垢严重的流体所使用的卧式冷凝器、换热器中，一般采用垂直型折流板。

●折流板圆缺高度

折流板大小用缺口分数（缺口高度/公称直径）表示。最常用的为单圆缺型（也称单弓形）。单圆缺型折流板的开口高度为直径的10 ~ 45％，双圆缺型折流板的开口高度为直径的15 ~ 25％。

●折流板间距

折流板的间距影响到壳程物流的流向和流速，从而影响到传热效率。最小的折流板间距为壳体直径的1/5并大于50mm。然而，对特殊的设计考虑可以取较小的间距。由于折流板有支撑管子的作用，所以，通常最大折流板间距为壳体直径的1/2并不大于TEMA规定的最大无支撑直管跨距的0.8倍。

换热器中折流板的布置对设计计算有很大影响，一般从下面几各方面来检查原设计是否合理：

从流体流动、传热和污垢系数等方面考虑，最好将折流板的圆缺高度控制在壳体直径的20 ~30％，而板间距则控制在壳体直径30 ~50％之间,并不应小于50mm；避免大圆缺小间距或小圆缺大间距的设计。应优化选取折流板圆缺的大小和板间距大小；

如果壳侧压降受到允许压降的限制，考虑使用双圆缺折流板。

4．结构表示方法管壳式换热器通常可以分为固定管板式、U型管式和浮头式三种形式。按照TEMA标准，管壳式换热器的型式由三个部分构成（每一部分由一个字母表示），即前端固定头盖、壳体和后端头盖。

B型为焊接的封头管箱，结构简单，适用于较清洁的介质。

A,C型的管箱前盖板可拆下，便于检查清洗管程，但用材较多。

后端头盖类型：常见类型有S、M、U

固定管板式换热器

固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。

特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。

固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。

固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。

固定管板式换热器的特点是：1、旁路渗流较小；2、造价低；3、无内漏；4、固定管板式换热器的缺点是，壳体和管壁的温差较大，易产生温差力，壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合。

板式换热器具有传热系数高、压降小、结构紧凑、质量轻、占用空间小、面积和流程组合方便、零件通用性强、可选择材料广以及容易实现规模化生产等特点，已被广泛应用于食品、机械、冶金、石油化工和船舶等领域，并成为城市集中供热工程中的主导换热设备。为了保证板式换热器的正常运行，延长关键部件(如板片、胶垫)的使用寿命，了解掌握板式换热器出现的故障及其产生原因和处理方法显得尤为重要。

1．板式换热器常见故障

1.1 外漏

主要表现为渗漏(量不大，水滴不连续)和泄漏(量较大，水滴连续)。外漏出现的主要部位为板片与板片之间的密封处、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片与压紧板内侧。

1.2 串液

主要特征为压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中，系统中会出现压力和温度的异常。如果介质具有腐蚀性，还可能导致管路中其它设备的腐蚀。串液通常发生在导流区域或者二道密封区域处。

1.3 压降大

介质进、出口压降超过设计要求，甚至高出设计值许多倍，严重影响系统对流量和温度的要求。在供暖系统中，若热侧压降过大，则一次侧流量将严重不足，即热源不够，导致二次侧出温度不能满足要求。

1.4 供热温度不能满足要求

主要特征是出口温度偏低，达不到设计要求。

2.原因分析及处理方法

2.1 外漏

2.1.1 产生原因

①夹紧尺寸不到位、各处尺寸不均匀(各处尺寸偏差不应大于3 mm)或夹紧螺栓松动。② 部分密封垫脱离密封槽，密封垫主密封面有脏物，密封垫损坏或垫片老化。

③ 板片发生变形，组装错位引起跑垫。

④在板片密封槽部位或二道密封区域有裂纹。

实例：北京、青海和**等地的多个热力站均采用饱和蒸汽作为一次侧热源供暖，由于蒸汽温度较高，在设备运行初期系统不稳定的情况下，橡胶密封垫在高温下失效，引起蒸汽外漏。

2.1.2 处理方法

① 在无压状态，按制造厂提供的夹紧尺寸重新夹紧设备，尺寸应均匀一致，压紧尺寸的偏差应不大于±0.2N (m m)(N。为板片总数)，两压紧板间的平行度应保持在2 mm 以内。

② 在外漏部位上做好标记，然后换热器解体逐一排查解决，重新装配或更换垫片和板片。

③ 将开换热器解体，对板片变形部位进行修理或者更换板片。在没有板片备件时可将变形部位板片暂时拆除后重新组装使用。

④ 重新组装拆开的板片时，应清洁板面，防止污物粘附着于垫片密封面。

2.2 串液

2.2.1产生原因

① 由于板材选择不当导致板片腐蚀产生裂纹或穿孔。

②操作条件不符合设计要求。

③ 板片冷冲压成型后的残余应力和装配中夹紧尺寸过小造成应力腐蚀。

④板片泄漏槽处有轻微渗漏，造成介质中有害物质(如C1)浓缩腐蚀板片，形成串液。

实例：某铝业有限公司硫酸系统中1台板片材料为254SMo的BR03板式换热器，在运行5个月后出现冷却水侧碳钢接管腐蚀泄漏，酸液泄漏到了冷却水侧。检查发现板片酸液进口处和导流区域有严重的腐蚀及开裂现象。现场分析发现，系统运行温度、流量和浓度等工艺参数均超出设计条件，使用温度远超出材料的适用范围。采用饱和蒸汽作为一次侧热源的板式换热器在运行过程中容易发生板片腐蚀，导致产品串液。这是由于蒸汽温度较高，设备运行中很容易造成橡胶密封垫在高温下失效，引起蒸汽外漏并在二道密封区域急速冷凝。随着外漏的不断进行，冷凝残液越聚越多，局部形成Cl质量浓度较高区域，达到破坏板片表面钝化层的腐蚀条件。同时，由于此区域板片冷冲压形成的内部应力较大，在表面钝化层被破坏的情况下，内部应力作用导致应力腐蚀的发生。几种常用板片材料耐Cl腐蚀的能力见表1。

2.2.2处理方法

① 更换有裂纹或穿孔板片，在现场用透光法查找板片裂纹。②调整运行参数，使其达到设计条件。

③换热器维修组装时夹紧尺寸应符合要求，并不是越小越好。④ 板片材料合理匹配。

2.3压降过大

2.3.1 产生原因

①运行系统管路未进行正常吹洗，特别是新安装系统管路中许多脏物(如焊渣等)进入板式换热器的内部，由于板式换热器流道截面积较窄，换热器内的沉淀物和悬浮物聚集在角孔处和导流区内，导致该处的流道面积大为减小，造成压力主要损失在此部位。

② 板式换热器首次选型时面积偏小，造成板间流速过高而压降偏大。

③ 板式换热器运行一段时间后，因板片表面结垢引起压降过大。实例：2000年我厂为提**用户提供了BR10型板式换热器，用于水一水换热的集中供热系统，一次供水设计温度为130。C。在换热器设计选型时，传热导数偏高，接近5500 w／(rn ?K)，而实际应在3500 w／(rn ?K)。同时，设计单位在水泵选型时流量余量又偏大，造成换热器二次侧介质板间流速超过

1 m／s，实际运行压降在0.2～0.3 MPa，使得二次网水力平衡严重失调。

2.3.2处理方法

① 清除换热器流道中的脏物或板片结垢，对于新运行的系统，根据实际情况每周清洗一次。清洗板片表面水垢(主要指CaCO3。)时，选用含0.3 氨基磺酸溶液或含0.3乌洛托平、0.2苯胺、0.1硫氰酸钾的0.8硝酸溶液作为清洗液，清洗温度40～60℃。不拆卸设备化学浸

泡清洗时，要打开换热器冷介质进、出口，或安装设备时在介质进、出口接管上安装DN25清洗口，将配好的清洗液注入设备中，浸泡后用清水清洗干净残留酸液，使pH≥7。拆开清洗时，将板片在清洗液中浸泡30 min，然后用软刷轻刷结垢，最后用清水清洗干净。清洗过程中应避免损伤板片与橡胶垫。若采用不拆卸机械反冲洗方法，应事先在介质进、出口管路上接一管口，将设备与机械清洗车连接，把清洗液按介质流动的反方向注入设备，循环清洗时间10～15 min，介质流速控制在0.05～0.15 m／s。最后再用清水循环几遍，使清水中Cl质量浓度控制在25 mg／I 以下。② 二次循环水最好采用经过软化处理后的软水，一般要求水中悬浮物质量浓度不大于5 mg／L、杂质直径不大于3 mm、pH≥ 7。当水温不大于95℃时，Ca 、Mg 浓度应不大于2 mol／L；当水温大于95C ℃时，Ca 、Mg 浓度应不大于0.3 mol／L、溶解氧质量浓度应不大于0.1 mg／L。

③对于集中供热系统，可以采用一次向二次补水的方法。

2.4供热温度不能满足要求

2.4.1 产生原因

① 一次侧介质流量不足，导致热侧温差大，压降小。② 冷侧温度低，并且冷、热末端温度低。③ 并联运行的多台板式换热器流量分配不均。④换热器内部结垢严重。

2.4.2处理方法

① 增加热源的流量或加大热源介质管路直径。

② 平衡并联运行的多台板式换热器的流量。③拆开板式换热器清洗板片表面结垢。

3.结语

分析归纳了板式换热器运行中最常见也是最容易被忽略的问题，并对处理方法进行了总结，对板式换热器的设计者和使用者具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1] 杨崇麟．板式换热器工程设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1995．

[2] 钱颂文、换热器设计手册I-M]、北京；化学工业出版社，2002．

管壳式换热器管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。

结构由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分

管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

类型由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

①固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

②浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

③ U型管换热器每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

非金属材料换热器化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。

流道的选择进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。

操作强化当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。

板式换热器

1.板式换热器简介

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多，在适用的范围内有取代管壳式换热器的趋势。

[1]板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占

地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换

热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。板式换热器广泛应用于冶金

、石油、化工、食品、制药、船舶、纺织、造纸等行业，是加热、冷却、热回收、快速灭菌等用途的优良设备。

板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。

1.1板式换热器的基本结构

板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。

板片由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。

框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。

板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间，然后用夹紧螺栓夹紧而成。

1.2板式换热器的特点（板式换热器与管壳式换热器的比较）

a.传热系数高

由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式

的3~5倍。

b.对数平均温差大，末端温差小

在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃.

c.占地面积小

板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。

d.容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。

e.重量轻

板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。

f. 价格低

采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。

g. 制作方便

板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。

h. 容易清洗

框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。

i. 热损失小

板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。

j. 容量较小

是管壳式换热器的10%~20%。

k. 单位长度的压力损失大

由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。

l. 不易结垢

由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10.

m. 工作压力不宜过大，介质温度不宜过高，有可能泄露

板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。

n. 易堵塞

由于板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。

1.4板式换热器的应用场合

a. 制冷：用作冷凝器和蒸发器。

b. 暖通空调：配合锅炉使用的中间换热器、高层建筑中间换热器等。

c. 化学工业：纯碱工业，合成氨，酒精发酵，树脂合成冷却等。

d. 冶金工业：铝酸盐母液加热或冷却，炼钢工艺冷却等。

e. 机械工业：各种淬火液冷却，减速器润滑油冷却等。

f. 电力工业：高压变压器油冷却，发电机轴承油冷却等。

g. 造纸工业：漂白工艺热回收，加热洗浆液等。

h. 纺织工业：粘胶丝碱水溶液冷却，沸腾硝化纤维冷却等。

i. 食品工业：果汁灭菌冷却，动植物油加热冷却等。

j. 油脂工艺：皂基常压干燥，加热或冷却各种工艺用液。

k. 集中供热：热电厂废热区域供暖，加热洗澡用水。

l. 其他：石油、医药、船舶、海水淡化、地热利用。

1.5板式换热器选型时应注意的问题

1.5.1

板型选择

板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允许压降小的情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情况，确定选择可拆卸式，还是钎焊式。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片，以免板片数量过多，板间流速偏小，传热系数过低，对较大的换热器更应注意这个问题。

1.5.2

流程和流道的选择

流程指板式换热器内一种介质同一流动方向的一组并联流道，而流道指板式换热器内，相邻两板片组成的介质流动通道。一般情况下，将若干个流道按并联或串联的费那个是连接起来，以形成冷、热介质通道的不同组合。

流程组合形式应根据换热和流体阻力计算，在满足工艺条件要求下确定。尽量使冷、热水流道内的对流换热系数相等或接近，从而得到最佳的传热效果。因为在传热表面两侧对流换热系数相等或接近时传热系数获得较大值。虽然板式换热器各板间流速不等，但在换热和流体阻力计算时，仍以平均流速进行计算。由于“U”形单流程的接管都固定在压紧板上，拆装方便。

1.5.3

压降校核

在板式换热器的设计选型使，一般对压降有一定的要求，所以应对其进行校核。如果校核压降超过允许压降，需重新进行设计选型计算，直到满足工艺要求为止。

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板式换热器

概述

该厂生产的BR型板式换热器，具有换热效率高，物料流阻损失小，结构紧凑，温度控制灵敏、操作

弹性大，装拆方便，使用寿命长等特点，是目前国内最先进的高效节能换热设备。

我厂生产的板式换热器产品，可处理的物料非常广泛，从普通的工业用水，到高粘度的液体，从卫生要求较高的食品液体、医药物料到具有一定腐蚀性的酸碱液体，从含颗粒粉体的液态物料到含少量纤维的悬浮液体均可采用板式换热器处理。可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、热力回收等场合。如冷却发电机组和整流器内循环；用于冶金矿山等机械润滑油；液压站、蛋液、食用油的杀菌消毒，啤酒、葡萄酒的杀菌处理；用于轻纺工业、造纸行业中的余热回收；收集冷凝水，集中供热；汽改水暧；锅炉除氧系统中的中间换热等。目前已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、轻纺、造纸、船舶和集中供热等工业部门。

结构原理

可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。

板式换热器的设计特点

1、高效节能：其换热系数在3000～4500kcal/m2·°C·h，比管壳式换热器的热效率高3~5倍。

2、结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。

3、容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。

4、使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。

5、适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。

6、不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。

板式换热器的应用范围

板式换热器已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、电力、医药、食品、化纤、造纸、轻纺、船舶、供热等部门，可用于加热、冷却、蒸发、冷凝、杀菌消毒、余热回收等各种情况

化学工业

制造氧化钛、酒精发酵、合成氨、树脂合成、制造橡胶、冷却磷酸、冷却甲醛水、碱炭工业、电解制碱。

钢铁工业

冷却淬火油，冷却电镀用液、冷却减速器润滑油、冷却轧制机、拉丝机冷却液。

冶金行业

铝酸盐母液的加热和冷却，冷却铝酸钠，炼铝轧机润滑油冷却。

机械制造业

各种淬火液冷却，冷却压力机、工业母机润滑油，加热发动机用油。

食品工业

制盐，乳品，酱油，醋的杀菌、冷却，动植物油加热、冷却，啤酒生产中啤酒、麦芽汁的加热冷却，制糖，明胶浓缩，杀菌、冷却，制造谷氨酸钠。

纺织工业

各种废液热回收，沸腾磷化纤维的冷却，冷却粘胶液，醋酸和酸醋酐的冷却，冷却碱水溶液，粘胶丝的加热和冷却。

造纸工业

冷却黑水，漂白用盐、碱液的加热、冷却，玻璃纸废液的热回收，加热蒸煮酸，冷却氢氧化钠水溶液，回收漂白张纸的废液，排气的凝缩，预热浓缩纸浆似的废液。

集中供暖

热电厂废热区域供暖，加热生活用水，锅炉区域供暖

油脂工业

加热、冷却合成洗涤剂，加热鲸油，冷却植物油，冷却氢氧化钠，冷却甘油、乳化油。

电力工业

发电机轴泵冷却，变压器油冷却。

船

舶

柴油机，中央冷却器，卸套水冷却器，活塞冷却器，润滑油冷却器，预热器，海水淡化系统（包括多级及单级）

其

他

医药、石油、建陶、玻璃、水泥、地热利用等。

螺旋板换热器

螺旋板式换热器是一种高效换热器设备，适用汽—汽、汽—液、液—液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、造纸、食品、轻工、纺织、冶金、轧调、焦化等行业，按结构形式可分为不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋板式换热器。

结构及性能

1、设备由两张板卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。

2、在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动设有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。

3、Ⅰ型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。

4、Ⅱ型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同。但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘壁、有沉淀液体的热交换。

5、Ⅲ型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。

6、螺旋板式换热器按公称压力可分为PN0.6、1.0、1.6、2.5Mpa（系指单通道能承受的最大工作压力）。按材质可分为碳钢和不锈钢，用户可根据实际工艺情况选用。

7、单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定：并联组合；串联组合：设备和通道间距相同；混合组合：一个通道并联，一个通道串联。

管壳式换热器，管壳式换热器工作原理和结构

管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，管壳式换热器在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常管壳式换热器的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下,在个别情况下也有更大或更长的。

工作原理和结构图1 [固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造。A流体从接管1流入壳体内，通过管间从接管2流出。B流体从接管3流入,通过管内从接管4流出。如果A流体的温度高于B流体,热量便通过管壁由A流体传递给B流体；反之，则通过管壁由B 流体传递给A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体(A流体)。管子和管箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B流体)。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形;管子为直管或U形管。为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m(℃)〕;用水冷却气体时,为10～280W/(m(℃)；用水冷凝水蒸汽时,为570～4000W/(m(℃)。

特点管壳式换热器是换热器的基本类型之一，19世纪80年代开始就已应用在工业上。这种换热器结构坚固,处理能力大、选材范围广，适应性强，易于制造,生产成本较低，清洗较方便，在高温高压下也能适用。但在传热效能、紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先进。

分类管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前3种应用比较普遍。

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管壳式换热器结构原理图

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管壳式换热器实物图

板式换热器实物图

刮板式薄膜蒸发器的原理

一、工作原理

由加料管引入，经转轴中部的布料盘分布，然后，料液被浆叶所扫刮，在传热壁面上涂敷成膜。膜层受热蒸发后会减薄，后进入的料液又被后继而来的浆叶扫刮，行成新膜，再蒸发，如此反复进行。料液渐被浓缩，最后由卸料锥卸出，蒸发出来的蒸汽，经蒸汽头，由出口排出。

二、性能特点

1. 压力损失小

在旋转刮板薄膜蒸发器中，物料“流”与二次蒸汽“流”是两个独立的“通道”：物料是沿蒸发筒体内壁（强制成膜）降膜而下；而由蒸发面蒸发出的二次蒸汽则从筒体中央的空间几乎无阻碍地离开蒸发器，因此压力损失（或称阻力降）是极小的。

2. 真空条件下的操作

正是由于二次蒸发面到冷凝器的阻力极小，因此可使整个蒸发筒体内壁的蒸发面维持较高的真空度，几乎等于真空系统出口的真空度。由于真空度的提高，有效降低了被处理物料的沸点。

3. 传热系数高蒸发强度大

由于高效离心薄膜蒸发器通常是在真空下操作，与之相应的介质沸点也就较低，那么物料沸点的降低，也增大了与热介质的温度差；呈湍流状态的液膜，降低了热阻；同样，抑制物料在壁面结焦、结垢，也提高了蒸发筒壁的分传热系数；高效离心薄膜蒸发器的总传热系数可高达8000KJ/h?m2?℃，因此其蒸发强度很高。

4. 过流时间短

物料在蒸发器内的过流时间很短，小于10秒左右；对于常用的活动刮板面言，其刮动物料的端面有导流的沟槽，其斜角通常为45℃，改变斜角的角度，可改变物料的过流时间，物料在刮板的刮动下，呈螺旋下降离开蒸发段。缩短过流时间，有效防止产品在蒸发过程中的分解、聚合或变质。

5. 可利用二次蒸汽

蒸汽是常用的热介质，由于降低了物料的沸点，在保证相同温差的条件下，就可降低加热介质的温度，利用二次蒸汽，有利于能量的综合利用。特别适宜作为多效蒸发的未效蒸发器。

6. 适应性强、操作方便

独特的结构设计，使该产品可处理一些常规蒸发器不易处理的高粘度、含颗粒、热敏性及易结晶的物料。高效离心薄膜蒸发器操作弹性大，运行工况稳定，且维护工作量小，维修方便。