换热设备及其清洗按换热部件的特点可分为管壳式换热器套管式换.docx

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换热设备及其清洗按换热部件的特点可分为管壳式换热器套管式换

换热设备及其清洗

按换热部件的特点可分为：

管壳式换热器、套管式换热器、翅片管式换热器（包括冰箱用丝管式冷凝器、箱壁式冷凝器、吹胀式蒸发器）、板式换热器、板翅式换热器、管带式换热器。

（1）壳管式换热器

壳管式换热器是石油、化工、冶金和制冷等工业部门中应用最普遍（约占70％），理论研究和设计技术最完善，运用可靠性良好的一类换热器。

分为列管式和盘管式（平面型和空间型），列管式又分为卧式壳管式与立式壳管式。

用于中央空调水冷式机组的水冷式冷凝器、氨制冷系统等，主要有立式壳管式换热器和卧式壳管式冷凝器。

1立式壳管式冷凝器

立式壳管式冷凝器的外壳是有钢板焊成的圆柱形筒体，筒体两端焊有多孔管板，在两端管板的对应孔中，用扩胀法或焊接法将无缝钢管固定，成为一个垂直管束。

其结构如图1所示。

图1立式壳管式冷凝器

立式冷凝器的主要特点是：

1由于冷却流量大流速高，故传热系数较高。

2垂直安装占地面积小，且可以安装在室外。

3冷却水直通流动且流速大，故对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水。

4管内水垢易清除，且不必停止制冷系统工作。

5但因立式冷凝器中的冷却水温升一般只有2～4℃，对数平均温差一般在5～6℃左右，故耗水量较大。

且由于设备置于空气中，管子易被腐蚀，泄漏时比易被发现。

2卧式壳管式冷凝器

卧式冷凝器制冷设备与立式冷凝器有相类似的壳体结构，但在总体上又有很多不同之处，主要区别在于壳体的水平安放和水的多路流动。

卧式冷凝器两端管板外面各用一个端盖封闭，端盖上铸有经过设计互相配合的分水筋，把整个管束分隔成几个管组。

从而使冷却水从一端端盖下部进入，按顺序流过每个管组，最后从同一端盖上上部流出过程中，要往返4～10个回程。

这样做既可以提高管内冷却水的流速，从而提高传热系数，又使使高温的制冷剂蒸气从壳体上部的进气管进入管束间与管内冷却水进行充分的热交换。

冷凝下来的液体从下部出液管流入贮液筒。

具体结构如图6所示，壳式换热器实物图见图3。

图2卧式壳管式冷凝器

图3弓形折流板管壳式换热器实物图

（2）套管式换热器

套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接称为同心圆的套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。

两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动（或同向）以达到换热的效果。

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4～7米。

这种换热器传热面积最高达18m2,故适用于小容量换热。

当内外管壁温差较大时,可在外管设置U形膨胀节或内外管间采用填料函滑动密封,以减小温差应力。

管子可用钢、铸铁、陶瓷和玻璃等制成,若选材得当,它可用于腐蚀性介质的换热。

这种换热器具有若干突出的优点，所以至今仍被广泛用于石油、石油化工等工业部门。

具体结构如图4所示，实物图如图4所示。

图4套管式换热器结构图

其主要特点有：

　　①结构简单，传热面积增减自如。

因为它由标准构件组合而成，安装时无需另外加工。

　　②传热效能高。

它是一种纯逆流型换热器，同时还可以选取合适的截面尺寸，以提高流体速度，增大两侧流体的给热系数，因此它的传热效果好。

液-液换热时,传热系数为870～1750W/（m2·℃）。

　　这一点特别适合于高压、小流量、低给热系数流体的换热，特别适用于小型水冷式制冷与空调装置。

套管式换热器的缺点是占地面积大；单位传热面积金属耗量多，约为管壳式换热器的5倍；管接头多，易泄漏；流阻大。

结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可以有较高的传热系数；缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。

为增大传热面积、提高传热效果，可在内管外壁加设各种形式的翅片，并在内管中加设刮膜扰动装置，以适应高粘度流体的换热。

（a）

图6套管式换热器实物图

（3）翅片管式换热器

翅片管式冷凝器结构图见图7，实物图见图7。

翅片管式也叫管片式、管翅式，是较早应用的换热器形式。

其套片方法是将厚度很薄的铝箔，按管组排列方式，在高速冲片机上冲出折边孔。

然后将圆管穿人肋片孔中，将安装好的管片在专门的胀管机上进行胀管，减小接触热阻。

管翅式换热器的研究进展可从研究内容、研究目标和研究手段等方面来概括，早期对管翅式换热器的研究主要集中在翅片管排总的换热性能和流动性能上，翅片的形式多是平直翅片，主要考察管径、管排数、翅片间距、管排排列方式、翅片厚度等几何参数对换热及流阻的影响情况。

其采用的翅片形式主要有：

平直型翅片、波纹型翅片、条缝行翅片、百叶窗翅片、带纵向涡发生器翅片等形式及其组合形式。

图7翅片管式冷凝器结构图

（a）（b）

图7翅片管式冷凝器实物图

管片式冷凝器一般由圆管和各种型式的翅片构成，翅片与传热管之间通过胀管联结。

套片法是我国当前许多厂家所采用的工艺。

其方法是将厚度为O．1～0．3mm铝箔，按管组排列形式速冲片机上冲出折边孔。

现普遍采用双翻边孔，这样做即可增加铝箔与管子的接触面积，提高换热效率5％～9％，同时，也提高了肋片本身的刚度，便于装配工序提高工效和质量。

还可控制肋片与肋片之间的间距，增加了产品的美观程度。

然后将铜管穿人片孔中，为保证铝箔的孔边与管子接触良好，以减少接触热阻，必须将装好的管片在专门的胀管机上进行胀管。

1冰箱常用的翅片管式换热器

冰箱常用的翅片管式换热器：

丝管式冷凝器、箱壁式冷凝器、铝复合板吹胀式蒸发器。

冷库常用蒸发器也归属翅片管式换热器。

丝管式冷凝器为第一代冰箱冷凝器，现代冰箱主要应用箱壁式冷凝器。

其实物图参见图8所示。

（a）丝管式冷凝器（b）箱壁式冷凝器

（c）冰箱实物图

图8翅片管式换热器

吹胀式蒸发器目前在国内外家用冰箱中采用的十分普遍。

铝复合板式蒸发器是利用预先以铝-锌-铝三层金属板冷轧而成的铝复合板，按蒸发器所需的尺寸裁切好，平放在刻有管路通道的模具上，加压到4900N，并用电加热到440~500℃，待复合板中间的锌熔化后，以2.4~2.8MPa的高压氮气吹胀便形成管型，经过数秒后再进行抽空，冷却后，锌层便与铝板粘合，之后可以将其弯曲成所要的形状，再将其搭边铆接即成。

（或者采用印刷管路吹胀法）吹胀式蒸发器参见图8。

（4）板式换热器

①板片式换热器

板片式换热器是由传热板片、密封垫片、压紧板、上下导杆、支柱、加紧螺栓等零件组成。

传热板片四个角开有角孔并镶贴密封垫片，设备加紧时，密封垫片按流程组合形式将各传热板片密封连接，角孔处互相连通，形成迷宫式的介质通道，使介质在相邻的通道内逆向流动，经强化热辐射、热对流、热传导进行充分的热交换，板片式换热器结构示意图见图9，工作原理图见图9。

由于传热片特殊的结构，装配后在较低的流速下（Re=200）就能激起强烈的湍流，因而加快了流体边界层的破坏，强化了传热。

板式换热器一般工作压力为0.3MPa~1.6MPa,工作温度一般低于160℃。

具有传热效率高、占地面积小、寿命长、耐压高、流动阻力小、拆卸方便、快捷等特点。

被广泛应用于集中供热与区域供冷领域，比如：

热电厂废热区域供暖，加热生活用水，锅炉区域供暖。

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。

（a）（b）

（c）

图9板片式换热器结构示意图

（a）

（b）

（c）

图10板片式换热器工作原理图

2螺旋板式换热器

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、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。

它主要由传热板、定距柱、连接管、头盖及衬垫等组成。

两块厚约2.5~6mm的金属板卷成一对同心圆的螺旋形流道，流道始于中心，终于边缘。

中心处用隔板将两边流体隔开，甲乙流体在金属板两边的流道内逆流流动而实现了热交换。

螺旋板式换热器结构示意图见图10。

螺旋板式换热器性能类似于板式换热器。

但也有独特之处，其主要优点：

1.传热效率高。

螺旋板换热器内介质螺旋型流动的离心力能增强湍流。

据实验，当Re=1400～1800时就能形成湍流，且因流阻比壳管式小，流速可以更大。

结果可以使传热系数提高2.5倍左右。

此外，螺旋板式为全逆流，传热温差也会更大。

2.结构紧凑。

单位体积传热面积可以为44～100m2/m3,约为管壳式换热器的2～3倍。

3.不易污塞。

由于单流道，高流速，污垢不易沉积。

4.流阻较小。

（a）（b）

图10螺旋板式换热器结构示意图

（5）板翅式换热器

板翅式换热器是一种传热效果更好，更为紧凑的板式换热器，它是由平隔板和各种型式的翅片构成板束组装而成，如图23所示。

在两块平行薄金属板（平隔板）间，夹入波纹状或其他形状的翅片，两边以侧条密封，即组成为一个单元体。

各个单元体又以不同的叠积适当排列，并用钎焊固定，成为常用的逆流或错流式权翅式换热器组装件，或称为板束，现时将带有集流进出口的集流箱焊接到板束上，就成为板翅式换热器。

图11板翅式换热器

作为一种新型的紧凑式换热器。

它的发展使得换热器的效率提高到新的水平，结构更紧凑。

这种换热器的采用，满足了飞机发动机中间冷却和内燃机车发动机、汽车发动机冷却的需要。

由于具有体积小、质量轻、效率高、可处理两种以上介质的优点，板翅结构换热器迅速在石油化工、乙烯装置中得到推广使用。

换热器的清洗方法及注意事项

　　换热器保持板片的清洁是保持高传热系数的重要条件之一。

在板片间，介质是沿着狭窄曲折的流道运动的，即使产生不太厚的垢层，也将引起流道的变化，显著地影响流体的运动，使压降增大，传热系数下降。

　　1、化学清洗法

　　这种方法是将一种化学溶液循环地通过换热器，使板片表面的污垢溶解、排出。

此法不需要拆开换热器，简化了清洗过程，也减轻了清洗的劳动程度。

由于板片波纹能促进清洗液剧烈湍流，有利于垢层溶解，所以化学清洗法是比较理想的方法。

　　2、机械（物理）清洗法

　　这种方法是将板片后用刷子进行人工洗刷，从而达到清除板片表面污垢的目的。

此法虽然比较直接，但对较坚硬、较厚的垢层，不易清洗干净。

　　3、综合清洗法

　　对于污垢层比较坚硬又较厚的情况，单纯采用上述一种方法都难以清洗干净。

综合法是先用化学清洗法软化垢层，再用机械（物理）清洗法除去垢层，以保持板片清洁干净。

　　4、清洗时的注意事项

　　①化学清洗时溶液要保持一定的流速，一般为0.8～1.2m/s。

其目的在与增加溶液的湍流程度。

　　②对于不同的污垢应采用不同的化学清洗液。

除了经常采用的稀释纯碱溶液外，对于水垢可用5%的硝酸溶液。

在纯碱生产中生成的垢，可用5%的盐酸溶液。

但不得使用对板片产生腐蚀的化学洗剂。

　　③机械（物理）清洗时不允许用碳钢刷子刷洗不锈钢片，以免加速板片的腐蚀。

同时不能使板片表面划痕、变形等。

　　④清洗后的板片要用清水冲洗干净并擦干，放置时应防止板片发生变形。