淺析換熱器在化工生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

唐藍玲

摘 要：換熱器在化工生產(chǎn)中常用于物料的加熱、冷卻或蒸發(fā)過程，按其用途或換熱目的分為加熱器、冷卻器和冷凝器；本文主要以間壁式換熱器應(yīng)用為例作簡單介紹。

關(guān)鍵詞：換熱器；化工生產(chǎn)；工藝

換熱器在化工生產(chǎn)中常用于物料的加熱、冷卻或蒸發(fā)過程，按其用途或換熱目的分為加熱器、冷卻器和冷凝器；按換熱方法分為間壁式、混合式和蓄熱式；按傳熱面結(jié)構(gòu)分為管式和板式等。下面主要以間壁式換熱器應(yīng)用為例作簡單介紹。

1. 間壁式換熱器的種類及主要類型

目前化工生產(chǎn)中常用的間壁式換熱器，按結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的不同大致可分為以下幾類：

1.1管殼式換熱器傳熱面由管子組成，包括列管式換熱器、套管式換熱器、蛇管式換熱器、翅片管式換熱器等多種。

1.2板式換熱器傳熱面由板材組成，包括平板式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器、夾套式換熱器、板殼式換熱器等多種。

1.3由非金屬材料制成的換熱器包括不透性石墨換熱器、玻璃換熱器、聚四氟乙烯換熱器等不同材料制成的換熱器。

換熱器性能的優(yōu)劣對傳熱過程有重大影響，在評定和選擇換熱器時，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)過程的特點，考慮以下幾個因素，恰當(dāng)?shù)剡x用適宜的換熱器型式：①換熱器效率要高，即總傳熱系數(shù)要大；②單位體積換熱器的傳熱面積要大，即比表面積大，緊湊性好；③流體流動過程阻力要小；④材質(zhì)隨溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力要小；⑤結(jié)垢要少，清除污垢要方便。

2.列管式換熱器

列管式換熱器是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種換熱設(shè)備。這種換熱器設(shè)計比較成熟，我國已經(jīng)標(biāo)準化和系列化，可供選擇使用。這種換熱器的特點已列出。其主要優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)緊湊，材料多樣，單位換熱器體積有較大的傳熱面積，一般可達40～80m2。因此有較高的傳熱速率和廣泛的應(yīng)用。

2.1換熱器的程數(shù)列管式換熱器的程數(shù)一般是指管程的程數(shù)，即管程流體流經(jīng)管束的次數(shù)。流體只流經(jīng)管束一次的，稱為單程。如果換熱器封頭管箱內(nèi)有隔板將管束分為兩組，流體往返流經(jīng)兩組管束，稱為雙程，以此類推。

多程列管式換熱器適用于管內(nèi)流體流量小、所需傳熱面積很大的情況。管程多，可以使管內(nèi)流速加快，增大湍流程度，從而提高管內(nèi)給熱系數(shù)，強化傳熱。

2.2管間折流擋板當(dāng)列管式換熱器的列管數(shù)很多時，管外殼程空間斷面就會很大，而使殼程流體流速減小。為了提高殼程流體的流速，常在管外殼程空間安裝折流擋板。常用的圓缺形折流擋板。另外還有盤、環(huán)交替排列的盤、環(huán)形折流擋板。

2.3換熱器的熱補償措施列管式換熱器在使用時，常常由于外殼和管束的溫度不同，或殼體與管束的材質(zhì)熱膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生熱應(yīng)力，嚴重時會使列管彎曲變形，或從花板上松弛而引起泄漏，甚至使整個換熱器損壞。根據(jù)熱補償措施可將列管式換熱器分成：固定管板式換熱器、U形管式換熱器和浮頭式換熱器，熱補償措施如下：

2.3.1補償圈補償在換熱器外殼上裝置各種形式的補償圈，使外殼具有一定的伸縮性。當(dāng)管束與外殼膨脹的程度有差異時，可由補償圈的彈性伸縮而得到補償而消除應(yīng)力影響。

2.3.2形管補償將管束中的管子加工成U形，管子的兩端都固定在同一塊花板上。這種類型的換熱器每根管子都可以自由伸縮，而與外殼的伸縮無關(guān)。只是管內(nèi)不易清洗。

2.3.3浮頭補償換熱器的一塊花板不直接與外殼相連，將這一端稱為浮頭。浮頭有在殼內(nèi)的，也有在殼外的。這樣，管束的膨脹變形不受外殼牽制。

結(jié)語

總之，換熱器在化工生產(chǎn)中常用于物料的加熱、冷卻或蒸發(fā)過程，按其用途或換熱目的分為加熱器、冷卻器和冷凝器；按換熱方法分為間壁式、混合式和蓄熱式；按傳熱面結(jié)構(gòu)分為管式和板式等。換熱器是化工，石油，動力，食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。

參考文獻：

[1] 過增元，熱流體學(xué)，清華大學(xué)出版社，1992

[2] 過增元、李志信、周森泉、能大曦，中國科學(xué)（E輯），1996.2