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列管式换热器
列管式换热器 [1] （tubular exchanger）是目前化工及酒精生产上应用较广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。
中文名 列管式换热器 外文名 tubular exchanger 种 类 固定管板式 学 科 物理 分 类 器械 学 科 热力工程
种类
固定管板式
列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强**过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。
浮头式
换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造**。
填料函式
这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。
U型管式
U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。
涡流热膜
涡流热膜换热器采用较新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。较高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。
据【换热设备推广中心】的资料显示，涡流热膜换热器的较大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间，换热管和壳体之间流动关系，不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流，而是靠换
列管式换热器
列管式换热器
热管之间自然诱导形成交替漩涡流，并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好，不会彼此碰撞，既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题，又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。
涡流热膜换热器性能特点：
1.高效节能，该换热器传热系数为6000-8000W/m2.0C；
　　2.全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上,十年内出现换热器质量问题免费更换；
　　3.改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻；
　　4.换热速度快，耐高温（400℃），耐高压（2.5Mpa）;
　　5.结构紧凑，占地面积小，重量轻，安装方便，节约土建投资；
　　6.设计灵活，规格齐全，实用针对性强，节约资金；
　　7.应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换；
　　8.维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便。
　　9.采用纳米热膜技术，显着增大传热系数。
　　10.应用领域广阔，可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。
涡流热膜换热器性能对比：
对比项目
浮动盘管换热器
螺纹管换热器
涡流热膜换热器
适用介质种类
蒸汽、水
蒸汽、水
弱腐蚀性化工原料、蒸汽、水
介质的参数范围
温度：0-150度
压力：0-1.0MPa
温度：0-150度
压力：0-1.6MPa
温度：-40-400度
压力：0-10.0MPa
热效率
热效率=92%
热效率=93%
热效率=96%
防垢性能
自动除垢
人工除垢
具有防垢功能
耐震、噪音
振动较大，噪音大
振动较小，噪音小
振动微弱，噪音小
试用寿命
7年左右
10年左右
20年左右
维修
停机维修，更换管束
停机维修，拔管再胀管
*维修
折流挡板
为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。
多壳程
列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力，根据所采取的温差补偿措施。
管式换热器
管式（又称管壳式、列管式） 换热器是较典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 管式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。
中文名 管式换热器 外文名 tube heat exchanger 基本概念 流体在管内流动,其行程称为管程 常见分类 固定管板式 其它相关 涡流热膜换热器 特 点 高效节能
目录
1 基本介绍
2 常见分类
? 固定管板式
? 浮头式
? U型管式
3 性能对比
4 其它相关
? 涡流热膜
? 陶瓷换热器
5 清洗现状
基本介绍
在管式换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在管内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。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。
常见分类
固定管板式
固定管板式换热器是将两端管板直接与壳体焊接在一起。主要由外壳、管板、管束、封头等主要部件组成。壳体中设置有管束,管束两端采用焊接、胀接或胀焊并有的方法将管子固定在管板上,管板外周围和封头法兰用螺栓紧固。固定管板式换热器的结构简单、造价低廉、制造容易、管程清洗检修方便,但壳程清洗困难,管束制造后有温差应力存在。当换热管与壳体有较大温差时,壳体上还应设有膨胀节 。
浮头式
浮头式换热器一端管板固定在壳体与管箱之间,另一端管板可以在壳体内自由移动,也就是壳体和管束热膨胀可自由。故管束和壳体之间没有温差应力。一般浮头可拆卸,管束可以自由地抽出和装入。浮头式换热器的这种结构可以用在管束和壳体有较大温差的工况。管束和壳体的清洗和检修较为方便,但它的结构相对比较复杂,对密封的要求也比较高。
U型管式
U形管式换热器是将换热管炜成U形,两端固定在同一管板上。由于壳体和换热管分开,换热管束可以自由伸缩,不会由于介质的温差而产生温差应力。U形管换热器只有一块管板,没有浮头,结构比较简单。管束可以自由的抽出和装入,方便清洗,具有浮头式换热器的优点,但由于换热管做成半径不等的U形弯,较外层换热管损坏后可以更换外,其它管子损坏只能堵管。同时,它与固定管板式换热器相比,由于换热管受弯曲半径的限制它的管束中心部分存在空隙,流体很容易走短路,影响了传热效果。
u型管换热器
石墨热交换器
石墨热交换器(graphite heat exchanger)：以不透性石墨为基材制造的换热设备。石墨热交换器是石墨设备中使用较多、比较典型的化工单元设备。石墨热交换器的规格已实现了大型化，列管式的换热面积较大已达1670m2。圆块孔式系列中，换热面积较大的已达1950m2，已支付使用的已达1200m2。石墨热交换器的设计温度，除酚醛树脂浸渍的为170℃外，二乙烯基苯浸渍的可达320～500℃。
目录
1 石墨热交换器简介
2 石墨热交换器分类
? 列管式石墨热交换器
? 块孔式石墨热交换器
3 石墨热交换器制造工艺
石墨热交换器(graphiteheatexchanger)：以不透性石墨为基材制造的换热设备。石墨热交换器是石墨设备中使用较多、比较典型的化工单元设备。
石墨热交换器简介
自20世纪30年代问世以来，石墨热交换器发展非常迅速。大量性能优良的石墨热交换器使用在处理除强碱、强氧化性介质外的盐酸、硫酸、柠檬酸、农药中间体等各种介质的工艺过程中，在化学工业、食品工业、制药工业等众多工业部门得到广泛的应用，主要用于加热、冷却、冷凝、蒸发等化工单元操作。由于石墨导热性好、耐腐蚀性能优异、不污染介质，石墨热交换器已大量替代不锈钢或其他贵重金属制造的热交换器，解决了化工等行业中许多设备的耐腐蚀问题。
　　石墨热交换器的规格已实现了大型化，列管式的换热面积较大已达1670m2。圆块孔式系列中，换热面积较大的已达1950m2，已支付使用的已达1200m2。石墨热交换器的设计温度，除酚醛树脂浸渍的为170℃外，二乙烯基苯浸渍的可达320～500℃。在惰性气氛中，某些品种的石墨热交换器使用温度可高达800℃，乃至1200℃。石墨虽属于脆性材料，但如果设计、制造与使用得当，石墨热交换器的使用寿命也很长。
石墨热交换器分类
石墨热交换器按结构形式分，可分为列管式、块孔式、喷淋式、沉浸式等多种形式。其中，应用较广的是列管式和块孔式石墨热交换器。按它们在工艺过程中的应用分，又可分为蒸发器、加热器、冷却器、冷凝器等数种。
列管式石墨热交换器
通常由圆筒形金属外壳和装于外壳内的由不透性石墨管道与管板粘接而成的管束及安于两端的不透性石墨封头构成。管束一端与筒体通过法兰连接固定，另一端采用填料函结构，使管束与外壳可以在轴向相对移动，以消除热应力对设备的不良影响。管内外流体通过石墨管壁进行传热。这种石墨热交换器的结构形式见图1。
石墨热交换器的结构形式
石墨热交换器的结构形式
石墨热交换器的结构形式
列管式石墨热交换器具有结构简单，制造方便，价格较低;可用于冷却、冷凝、加热、再沸等各种工艺过程，也适用于升、降膜式蒸发;流体阻力小，重量轻，维修、清洗方便等优点。其缺点是，抗热震性及水锤冲击性能较差。列管式石墨热交换器的允许使用温度视所用管材为压型酚醛石墨管还是浸渍石墨化管而有较大差异，前者通常为120～130℃，后者则可在170℃下长期使用而不损坏。这种型式石墨热交换器的允许使用压力一般不**过1MPa。若采用强化措施，如使用炭纤维增强的石墨管，允许使用压力还可提高。也可以将石墨加工成带翅片的翅片管，以改善其传热效果。 [1]
块孔式石墨热交换器
有圆块孔式和矩形块孔式两种型式。它们都是由石墨热交换块叠装而成，二端有导流腐蚀性介质的石墨封头，一般配有金属外壳(圆块孔式)或两侧平板(矩形块孔式)，以集流载热体。石墨热交换块是在不透性石墨块上加工有互不相通的两种通道的标准零件。流过两种通道的物料通过通道间余留在石墨块体上的间壁进行间壁式传热。两种通道绝大多数为空间互相垂直，但也有互相平行或空间斜交的。这种石墨热交换器的结构形式见图2。
石墨热交换器的结构形式
石墨热交换器的结构形式
石墨热交换器的结构形式
块孔式石墨热交换器的优点是，结构强度高，耐用性好，并能承受一定的热冲击和水锤冲击，不易损坏;结构紧凑，占地面积小;零件通用性好，采用标准零件积木式组装，制造、拆装、检修方便;不采用黏接剂，因而可提高使用温度，延长使用寿命。它的缺点是，流体阻力较大，并且不适用于膜式蒸发和处理易结垢堵塞的介质。块孔式石墨热交换器的许用温度根据浸渍石墨块材所用浸渍剂的种类也有较大差异，如用酚醛树脂作浸渍剂，则允许使用温度为150～165℃，而用聚四氟乙烯分散液作浸渍剂，使用温度可提高到230℃。块孔式石墨热交换器的使用压力一般也不**过1MPa，但有的结构型式的块孔式石墨热交换器的使用压力可高达1.6MPa。

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这种换热器是在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高。为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器。当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。
沉浸式
这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中。蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压,可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。
喷淋式
这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多。另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用。因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。
套管式
套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管，并由U形弯头连接而成。在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可得到较高的流速，故传热系数较大。另外，在套管换热器中，两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目)。特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在**高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。
板式
较典型的间壁式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且仍占所有换热器中占据主导地位。主体结构由换热板片以及板间的胶条组成。长期在市场占据主导地位，但是其体积大，换热效率低，更换胶条价格昂贵（胶条的更换费用大约占整个过程的1/3-1/2）。主要应用于液体-液体之间的换热，行业内常称为水水换热，其换热效率在5000w/m2.K。为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种，前者应用更为广泛。由于我国新版GMP的推出，板式换热将逐渐退出食品，饮料，制药等卫生级别高的行业。 [3]
管壳式
管壳式(又称列管式) 换热器是管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形,内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。管子的型号不一，过程一般为直径16mm 20mm或者25mm三个型号，管壁厚度一般为1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。进口换热器，直径较低可以到8mm，壁厚仅为0.6mm。大大提高了换热效率，在国内市场逐渐推广开来。管壳式换热器，螺旋管束设计，可以较大限度的增加湍流效果，加大换热效率。内部壳层和管层的不对称设计，较大可以达到4.6倍。这种不对称设计，决定其在汽-水换热领域的广泛应用。较大换热效率可以达到14000w/m2.k，大大提高生产效率，节约成本。同时，由于管壳式换热器多为金属结构，随着我国新版GMP的推出，不锈钢316L为主体的换热器，将成为饮料，食品，以及制药行业的必选。