12种换热器的工作原理

1、套管式换热器

套管式换热器↑↑↑

原理

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18平方米，故适用于小容量换热。

优点：结构简单，能耐高压。传热面积可根据需要增减，应用方便。

缺点：管间接头多，易泄露。占地面积较大，单位传热面消耗金属量大。

2、浮头式换热器

浮头式换热器↑↑↑

原理

浮头式换热器浮头端结构由圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成。钩圈式浮头的详细结构见下图所示。

优点：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。管束可从壳体内抽出，便于管内和管间的清洗。

缺点：结构较复杂，用材量大，造价高。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。

3、沉浸蛇管换热

沉浸蛇管换热↑↑↑

原理

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：容器内液体湍动程度低，管外换热系数小。为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。

4、板式换热器

板式换热器↑↑↑

原理

板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它是由具有一定波纹形状的一系列金属片叠装而成的一种新型高效换热器。

板式换热器的结构原理：可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压紧螺旋重叠压紧而成，板片和垫片的四个角孔形成了流体的分配管和汇集管，同时又合理地将冷热流体分开，使其分别在每块板片两侧的流道中流动，通过板片进行热交换。

5、具有补偿圈的换热器

具有补偿圈的换热器↑↑↑

原理

由挡板、补偿圈和放热嘴构成的换热器。当流体为高温换热时，由于壳体与管束因温度相差太大，引起不同的热膨胀率，补偿圈就是为了消除这种热应力。

6、板翅式换热器

板翅式换热器↑↑↑

原理

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：

传热效率高，温度控制性好。

翅片很薄，结构紧凑，体积小。

翅片兼具传热面和支撑作用，强度高。

缺点：

流道狭小，容易堵塞，且清理困难。

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。

结构复杂，给设计增加了难度。

7、夹套换热器

夹套换热器↑↑↑

原理

在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：结构简单、加工方便。

缺点：传热面积小，传热效率低。

8、U形管式换热器

U型管式换热器↑↑↑

原理

U形管式换热器是将换热管弯成U形，两端固定在同一管板上。由于壳体和换热管分开，换热管束可以自由伸缩，不会由于介质的温差而产生温差应力。U形管换热器只有一块管板，没有浮头，结构比较简单。管束可以自由的抽出和装入，方便清洗，具有浮头式换热器的优点，但由于换热管做成半径不等的U形弯，最外层换热管损坏后可以更换外，其它管子损坏只能堵管。同时，它与固定管板式换热器相比，由于换热管受弯曲半径的限制它的管束中心部分存在空隙，流体很容易走短路,影响了传热效果。

特点

1.U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.可以抽芯清洗管束;

4、由于U 形管的最小弯曲半径的限制，分程间距宽,因此排管少;

5.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。

6.由于换热管是U形的，管内清洗困难，故管内介质宜是清洁且不易结垢的物料。

优点：结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低;管束可以抽出，管间清洗方便。

缺点：管内清洗比较困难;由于管子需要有一定的弯曲半径，故管板的利用率较低;管束最内层管间距大，壳程易短路;内层管子坏了只能堵塞而不能更换，因而报废率较高。

9、列管换热器

列管换热器部件↑↑↑

列管式换热器↑↑↑

原理

列管式换热器(tubular exchanger)是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。

在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程;另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。

10、螺旋板式换热器

螺旋板式换热器↑↑↑

原理

螺旋板式是一种新型换热器，传热效率好，运行稳定性高，可多台共同工作。传热效率高，运行可靠性强，阻力小。但螺旋板式换热器要求焊接质量高，检修比较困难。重量大，刚性差，螺旋板式换热器运输和安装时应特别注意。

11、喷淋式换热器

喷淋式换热器↑↑↑

原理

这种换热器是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，管外换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，喷淋式换热器的传热效果大有改善。

12、热管换热器

热管换热器↑↑↑

原理

热管是一种具有高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管壳内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。缺点是抗氧化、耐高温性能较差。此缺点可以通过在前部安装一套陶瓷换热器来予以解决，陶瓷换热器较好地解决了耐高温、耐腐蚀的难题。

目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中，作为废热回收和工艺过程中热能利用的节能设备，取得了显著的经济效益。

审核编辑：汤梓红