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制冷系統(tǒng)換熱器工作原理及分類 一、換熱器的概念 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。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。 在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱設(shè)備因其用途不同，類型繁多，性能不一，但均可歸結(jié)為管殼式結(jié) 構(gòu)和板式結(jié)構(gòu)兩大類。 二、換熱器的工作原理 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，即在一個大的密閉容器內(nèi)裝上水或其他介質(zhì)，而在容器內(nèi)有管道穿過。讓熱水從管道內(nèi)流過。由于管道內(nèi)熱水 和容器內(nèi)冷熱水的溫度差，會形成熱交換，也就是初中物理的熱平衡，高溫物體的熱量總是向低溫物體傳遞，這樣就把管道里水的熱量交換給了容器內(nèi)的冷水，換 熱器又稱熱交換器。 三、機械結(jié)構(gòu)形式 換熱器的分類良多，可以按傳熱原理、結(jié)構(gòu)和用途等進行分類，按其結(jié)構(gòu)分類主要有管殼式和板式兩種。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類 即：間壁式、混合式和蓄熱式。 1、間壁式換熱器的類型 夾套式換熱器 這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌 器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補充傳熱面的不足，也可在釜 內(nèi)部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。 沉浸式蛇管換熱器 這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。蛇管換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；其缺點是 容器內(nèi)液體湍動程度低，管外給熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。 噴淋式換熱器 這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動，冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較 高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多。另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量，可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推 動力的作用。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。 套管式換熱器 套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成。在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速， 故傳熱系數(shù)較大。另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數(shù)平均推動力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便（可根據(jù)需要增減管段數(shù) 目）。特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點，在超高壓生產(chǎn)過程（例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過 程）中所用的換熱器幾乎全部是套管式。 管殼式換熱器 管殼式（又稱列管式）換熱器是最典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。 管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進行換熱的兩種流體，一 種在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；一種在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流 檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者 應(yīng)用更為廣泛……流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個管程，每通過殼體一次稱為一個殼程。為提高管內(nèi)流體的速度，可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板，將全部管子平 均分隔成若干組。這樣，流體可每次只通過部分管子而往返管束多次，稱為多管程。同樣，為提高管外流速，可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間， 稱多殼程。在管殼式換熱器內(nèi)，由于管內(nèi)外流體溫度不同，殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大，換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力，可能使管子彎曲，斷裂 或從管板上松脫。因此，當(dāng)管束和殼體溫度差超過50℃時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏夭钛a償措施，或減小熱應(yīng)力。 2、混合式換熱器 混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速 率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及 化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型： （1）冷卻塔（或稱冷水塔） 在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。例如熱力發(fā)電廠或***站的循環(huán) 水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。 （2）氣體洗滌塔（或稱洗滌塔） 在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣 體，而冷卻所用的液體以水居多。空調(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對 其進行加熱處理。但是，它也有對水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在 以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用！ （3）噴射式熱交換器 在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一 壓力和溫度后送給用戶。 （4）混合式冷凝器 這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。 3、蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。***階 段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄 熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造 石油廠中的蓄熱式裂化爐。蓄熱式換熱器一般用于對介質(zhì)混合要求比較低的場合。 4、緊湊式換熱器 （1）螺旋板式換熱器 一種換熱器設(shè)備，適用汽－汽、汽－液、液－液，對液傳熱。它適用于化學(xué)、石油、、***、食品、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業(yè)。按結(jié)構(gòu)形式可分為 不可拆式（Ⅰ型）螺旋板式及可拆式（Ⅱ型、Ⅲ型）螺旋板式換熱器，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4751-2003《螺旋板式換熱器》。 （2）板式換熱器 由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種***換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進行熱交換 的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3-5 倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達90%以上。 使用注意 1、保持管網(wǎng)的清潔。無論是在工作前還是工作完成后，都必須對管網(wǎng)進行清潔處理，這樣做的目的是為了避免發(fā)生換熱器堵塞的現(xiàn)象。還要注意及時對除污器以及 過濾器的清洗，讓整個工作順利完成。 2、嚴(yán)重把關(guān)軟化水。對于水質(zhì)把關(guān)是相當(dāng)重要的，在進行對軟化水水質(zhì)處理的前提下，首先要認(rèn)真檢查系統(tǒng)中的水和軟化罐水質(zhì)問題，確定合格后方可進行注入處理。 3、新系統(tǒng)檢驗。對于一些新系統(tǒng)來說，不能馬上與換熱器進行交替使用，首先需把新的系統(tǒng)在***的時間段運行，讓它有了一個運行模式后，此時方可以把換熱器 并入系統(tǒng)中使用，這樣做的目的完全是為了避免管網(wǎng)中的雜質(zhì)***壞換熱器設(shè)備。