換熱器在化工工藝中的作用研究

艾琳

摘要：換熱器是一種熱量交換設備，目前已經在化工生產過程得到應用，而作為化工工藝中一種常見的設備，熱換器的質量好壞、安裝優劣、類型等方面的差異都有可能影響到化工生產的質量。本文主要討論換熱器在化工工藝當中的作用。

關鍵詞：浮頭式換熱器、固定管板式;化工工藝

1.化工常用換熱器及原理

換熱器是將熱流體產生的部分熱量傳遞給冷流體的設備，也叫熱交換器，在化工、石油、動力、食品及其他很多化工生產中占據重要地位，在化工生產中熱換熱器可以為當成加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等，應用非常的廣泛。由于介質、工況、溫度、壓力等的不同，換熱器主要有以下幾個分類。不同的分類在不同的化工生產應用中也有著不同的作用。

管式換熱器原理—管式換熱器工作原理

主要由封頭、殼體、管束、法蘭接管等部件組成。一種工質由封頭端的進口接管進入傳熱管內，其流程可根據工藝要求實現一管程、二管程和四管程結構;另一種工質由殼體一端的進口接管進入殼體內并均勻地分布于傳熱管外，其流動狀態可根據工藝要求在管束中設置不同型式和數量的折流板。做為傳熱元件——換熱管，可根據工藝要求采用黃銅管，銅翅片管和鋼管，從而保證了不同物性、不同溫度的工質在換熱器內實現熱量交換，達到冷卻或加熱的目的。

管式換熱器原理—管式換熱器常見分類

固定管板式：固定管板式換熱器是將兩端管板直接與殼體焊接在一起。主要由外殼、管板、管束、封頭等主要部件組成。殼體中設置有管束，管束兩端采用焊接、脹接或脹焊并有的方法將管子固定在管板上，管板外周圍和封頭法蘭用螺栓緊固。固定管板式換熱器的結構簡單、造價低廉、制造容易、管程清洗檢修方便，但殼程清洗困難，管束制造后有溫差應力存在。當換熱管與殼體有較大溫差時，殼體上還應設有膨脹節。

浮頭式：浮頭式換熱器一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內自由移動，也就是殼體和管束熱膨脹可自由。故管束和殼體之間沒有溫差應力。一般浮頭可拆卸，管束可以自由地抽出和裝入。浮頭式換熱器的這種結構可以用在管束和殼體有較大溫差的工況。管束和殼體的清洗和檢修較為方便，但它的結構相對比較復雜，對密封的要求也比較高。

“U”型管式：U形管式換熱器是將換熱管煒成U形，兩端固定在同一管板上。由于殼體和換熱管分開，換熱管束可以自由伸縮，不會由于介質的溫差而產生溫差應力。U形管換熱器只有一塊管板，沒有浮頭，結構比較簡單。管束可以自由的抽出和裝入，方便清洗，具有浮頭式換熱器的優點，但由于換熱管做成半徑不等的U形彎，最外層換熱管損壞后可以更換外，其它管子損壞只能堵管。同時，它與固定管板式換熱器相比，由于換熱管受彎曲半徑的限制它的管束中心部分存在空隙，流體很容易走短路，影響了傳熱效果。

以上便是管式換熱器的工作原理介紹。大家在使用換熱器的時候，不僅要注意在平時使用換熱器時要使用正確的使用方法，還要在日常對換熱器進行一個維護和保養，確保換熱器的正常工作，從而提高生產效率。

2.換熱器在化工工藝中的應用

從實際的效果中，我們得知換熱器不僅能確保化工工藝的常規需求，還能從本質上改善化工生產的生產環境，從而提高化工產品的最終質量。我國現在實行的可持續發展戰略也滲透到了化工生產領域中，節能和環保理念如何能引進傳統的化工產業，是一個備受關注的問題，換熱器的引入為這個問題尋找到了突破口，通過發明一系列功能新穎全面的換熱器為化工生產在節能環保領域提供了可能，這些換熱器通常具備節能、熱導率高、性價比高、適用性強的特點，但是在選擇不同類型的換熱器的時候，我們要根據產品的結構設計，確保換熱器的在工作時候的性能。

冷卻作用

即可以通過換熱器的作用來等卻化工材料，由于水的比熱容較大，在吸收相同的熱量的同時溫度降低較少，所以很多時候冷凝劑多采用水，除非在需要較快的時間降溫的時候才會使用到氟利昂和液氨。

加熱作用

熱換器發揮加熱重要過程用到最主要的介質是水蒸氣，但是在某些特殊的要求下，要求對工業材料的溫度較高的時候，可以采用油作為材料，畢竟油的沸點要遠遠高于水，雖然導出相同的熱量的時候，油的溫度降幅要高，但是這也是因為特殊的生產需要。

再沸器

用于蒸餾蒸發塔底殘留物，這個過程一般會發生相的變化，物料可以在熱虹吸式再沸器的作用下自然循環蒸發。

分凝器

分凝器是為了使得蒸餾塔頂部物料冷凝或反復冷凝，多次冷凝最終達到分離的目的。

熱換器作為冷卻作用下的常見狀況

在生產過程中，由于經常出現水和化工材料混合的情況。很難控制生產工藝的溫度，直接導致了產品質量低下，或者由于溫度的變化，直接生產出了另一種物質，嚴重影響了化工工業的生產質量，熱換器在用于化工工藝的過程中主要面臨著很多不同的挑戰，下面我們來一一闡述：

（1）當傳熱量較大時，應選用單位傳熱面積大的類型，板式換熱器和管殼式換熱器就是一組鮮明的對比，前者的單位傳熱面積為250平方米，而后者僅為110平方米，同時板式換熱器由于材質的作用性價比也比板式的更加適合。

（2）由于在實際使用過程中，換熱器的工作環境不一樣，導致化工工藝對于換熱器的需求不同，比如使用時的溫度和壓力的承受力不同，管殼式換熱器的承受壓力能達到35兆帕，溫度最高的時候能達到450度，但是使用條件與材料有一定的要求，而面臨生產中一般不超過150度，低于6兆帕的時候，可以選用板翅式的換熱器。另外，管殼式換熱器投資成本低，制造簡單，應用的范圍也比較廣。

（3）對于氣態物料的冷卻方面，板翅式換熱器相比于管殼式換熱器，在物料結垢方面要做的略差，而物料量少，熱量差距不大的時候，選用套管式熱換器是正確的。

（4）雖然空氣的傳熱系數小，傳熱需要較大的面積，而且物料還受到外部自然氣溫的影響，但是它成本非常低，而且壽命長，又非常的經濟，在某種特殊的環境下空氣冷卻器是非常值得考慮的。

（5）直接接觸式冷卻，一般用于不能發生反應的兩種氣體之間的熱量傳遞，由于物質的特性，氣體在液化的時候需要的低溫是不同的，兩種氣體熱交換以后可以通過不同的手段分離出來，比如液化或者利用氣體的溶解性等等。

結語

換熱器廣泛運用于化工生產，在今后生產中要多注意設備腐蝕，加強特種設備管理。

參考文獻：

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[3] 趙小強.淺析換熱器在化工工藝中的作用[J].石河子科技，2014，（3）：26-27.

（作者單位：遼陽石油化纖公司億方工業公司金興化工廠）