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换热器工作原理.

发布时间:2022-12-08 09:16:52

工厂的生产离不开热量的变换,换热器是实现工业生产中热量交换和传递热量不可缺少的设备,换热器是工业清洗最常见的服务对象之一。那么,究竟有哪些换热器?它们的工作原理又是什么呢?一起来看看吧!

 

直接接触式换热器

这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量,实现传热,接触面积直接影响到传热量,这类换热器的介质通常一种是气体,另一种为液体,主要是以凉水塔设备为主体的传热设备,但通常又涉及传质,故很难区分与塔器的关系,通常归口为塔式设备,化工厂和发电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。

 

蓄能式换热器

简称蓄能器,这种换热器的原理是热介质先通过加热固体物质达到一定温度后,冷介质再通过固体物质被加热,冷热交替使之到达传热量的目的。主要用于回收和利用高温废气的热量。

 

间壁式换热器

这类换热器原理是冷、热两种介质被固体间壁隔开,并通过间壁进行热量交换的,这类换热器的用量非常大,占总量的99%。根据结构不同可分为管式、板式等。

 

管壳式换热器

管壳式换热器又称列管式换热器。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。

 

固定管板式换热器

固定管板式的两端管板和壳体制成一体。因此它具有结构简单,成本低的优点。但是壳程清洗和检修困难。在壳层里的流体,必须是洁净且不易结垢的物料。

当两流体的温差较大时,应考虑热补偿。即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈,当外壳和管束热膨胀不同时,补偿圈发生弹性变形,以适应外壳和管束不同的热膨胀程度。这种补偿方法简单,但不宜应用两流体温差过大(不大于70℃)和壳程流体压强过高的场合。

 

优点

1、结构简单、紧凑。

2、在相同的壳体直径内,排管数最多,旁路最少。

3、每根换热管都可以进行更换,且管内清洗方便。

缺点

1、壳程不能进行机械清洗。

2、当换热管与壳体的温差较大(大于50℃)时产生温差应力,需在壳体上设置膨胀节,因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。

3、固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢,两流体温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。

 

浮头式换热器

浮头换热器有一端管板不与外壳连为一体,可以沿轴向自由浮动。这种结构不但完全消除了热应力的影响,且由于固定端的管板以法兰与壳体连接,整个管束可以从壳体中抽出,因此便于清洗和检修。故浮头式换热器应用比较普遍,但其结构比较复杂,造价较高。

 

优点

1、当换热管与壳体有温差存在,壳体或换热管膨胀时,互不约束,不会产生温差应力。

2、管束可从壳体内抽出,便于管内和管间的清洗。

缺点

1、结构较复杂,用材量大,造价高。

2、浮头盖与浮动管板之间若密封不严,发生内漏,造成两种介质的混合。

 

3U形管式换热器

U 形管式换热器在换热器中是唯一适用于高温、高压和高温差的换热器。

其根管子都弯成U型,进出口分别安装在同一管板的两侧,封头用隔板分成两室。这样,每根管子可以自由伸缩。而与其他管子和壳体均无关。这种换热器结构比浮头式简单,重量轻,但管程不易清洗,只适用与洁净而不易结构的流体,比如高压气体的换热。

 

优点

1形换热管的管束可以自由浮动,无须考虑温差应力,可用于大温差场合。

2、只有一块管板,法兰数量少,泄露点少、结构简单。

3、运行可靠,造价低。管束可以抽出,管间清洗方便。

缺点

1、管内清洗比较困难。

2、由于管子需要有一定的弯曲半径,故管板的利用率较低。

3、管束最内层管间距大,壳程易短路。当管内流速太高时,将会对U 形弯管段产生严重的冲蚀,影响寿命。

4、内层管子坏了只能堵塞而不能更换,因而报废率较高。

 

填料函式浮头换热器

浮头式换热器的一种改型结构,它把原置于壳程内部的浮头移至体外,用填料函来密封壳程内介质的外泄。结构特点是管板只有一端与壳体固定连接,另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩,不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。

 

优点

1、结构较浮头式换热器简单,制造方便,金属耗量较浮头低10%左右,造价低。

2、管束可从壳体内抽出,管内、管间均能进行清洗,维修方便。

缺点

1、填料函耐压不高,一般小于4.0MPa

2、壳程介质可能通过填料函外漏,对易燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。

3、填料函式换热器适用于管、壳壁温差较大或介质易结垢,需经常清理且压力不高的场合。

 

沉浸式蛇管换热器

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。

优点:结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造。

缺点: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

 

喷淋式换热器

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,淋式换热器的传热效果大有改善。

 

优点

1、结构简单、造价便宜。

2、能耐高压。

3、便于检修、清洗,水质要求低。

缺点

1、冷却水喷淋不易均匀而影响传热效果。

2、只能安装在室外。

 

套管式换热器

以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。两种不同直径的管子套在一起组成同心套管,每一段套管称为“一程”,程的内管(传热管)借U形肘管,而外管用短管依次连接成排,固定于支架上。热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。

通常,热流体(A流体)由上部引入,而冷流体(B流体)则由下部引入。套管中外管的两端与内管用焊接或法兰连接。内管与U形肘管多用法兰连接,便于传热管的清洗和增减。每程传热管的有效长度取47米。这种换热器传热面积最高达18平方米,故适用于小容量换热。

 

优点

1、结构简单,能耐高压。

2、传热面积可根据需要增减,应用方便。

缺点

1、管间接头多,易泄露。

2、占地面积较大,单位传热面消耗金属量大。

 

翅片管式换热器

翅片管换热器的结构与一般管壳式换热器基本相同,只是用翅片管代替了光管作为传热面。翅片管是一种带肋的壁面,对扩展换热面积和促进湍流有显著的作用。

由于传热加强,结构紧凑,可做成紧凑式换热器。翅片管换热器也经常用于加热或冷却管外气体,而在管内通以蒸汽或水,例如空冷器、锅炉省煤器等。

 

优点

1、与光管相比,传热面增大,传热能力增强。

2、同样热负荷下,比光管的管子少,因此结构更紧凑。

3、可针对传热和工艺灵活选择材料,做成镶嵌或焊接翅片管。

缺点

1、造价高。

2、流阻大,动力消耗大。

 

夹套换热器

容器外壁安装夹套制成,夹套与容器之间形成的空间作为加热介质或冷却介质的通路。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容器内液体受热均匀,可在容器内安装搅拌器。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。 


优点

1、结构简单。

2、加工方便。

缺点

传热面积小,传热效率低。

 

螺旋板式换热器

螺旋板换热器是由两张平行的金属板卷制而成,在其内部形成两个同心的螺旋形通道。换热器中央设置隔板,将螺旋形通道隔开,两板之间焊有定距柱以维持通道间距。在螺旋板两侧焊有盖板。冷热流体分别通过两条通道,在器内逆流流动,通过薄板进行换热。

 

优点

1、传热系数高。

2、不易结垢和堵塞。

3、能利用温度较低的热源。

4、结构紧凑。

缺点

1、操作压强和温度不宜太高。

2、不易检修。



平板式换热器

简称板式换热器,由一组长方形的薄金属板平行排列,加紧组装于支架之上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片,压紧后板间形成密封的流体通道,且可用垫片的厚度调节通道的大小。

 

优点

1、传热系数高。

2、结构紧凑。

3、具有可拆结构。

缺点

1、允许的操作压强和温度比较低。

2、通流面积小,流速又不大,处理量较小。

 

板翅式换热器

是一种更为高效、紧凑、轻巧的换热器。过去由于制造成本较高,仅用于宇航、电子、原子能等少数部门。现已逐渐用于石油化工及其他工业部门。

板翅式换热器的结构形式很多,但基本元件相同,即在两块平行的薄金属板之间,加入波纹状或其他形状的金属翅片,将两侧面封死,即成为一个换热基本元件。

 

优点

1、传热效率高,温度控制性好。

2、翅片很薄,结构紧凑,体积小。

3、翅片兼具传热面和支撑作用,强度高。

缺点

1、流道狭小,容易堵塞,且清理困难。

2、隔板和翅片很薄,要求介质对铝不会腐蚀,若腐蚀,造成内部串漏,很难修补。

3、结构复杂,给设计增加了难度。

 

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