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文档介绍
第八章 热质交换设备
第一节 概 述
热质交换设备是将热量以一定的传热方式从热流体传递的设备，其间，可能伴随着质量的传递。热质交换设备广泛应用于工业生产中。如
制冷中的冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、中间冷却器、冷凝蒸发器、回热器以及冷水塔等，气体液化、分离中的精馏塔，低温技术中的蓄热器；
电厂中锅炉（省煤器、水冷壁、过热器、再热器、空气预热器）、除氧器、高低压加热器、凝汽器等。
另外，在轻工业、纺织工业、造纸、钢铁、食品加工工业等，都要大量使用热质交换设备。
换热器的传热性能对装置的影响很大。热交换器的种类多，下面分别讨论。
《能源动力装置基础》
1
第二节 表面式换热器
在表面式换热器中，冷、热流体在固体壁面的两侧流动，热量通过壁面进行热传递。表面式换热器又分管壳式、板式、翅片管式、板翅式、旋板式和热管式换热器等。
一、管壳式换热器
特点：有圆形外壳，内装平行
管束，管内通道部分称为管程，
管外面与壳体内表面之间的通流部分称为壳程或管间。冷、热流体分别流过管程和壳程，通过壁面实现热交换。
优点：结构简单、造价低廉、选材范围广，清洗方便、适应性强。容量大、适应高温、高压能力强，应用广泛。又有三种形式：
《能源动力装置基础》
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1. 固定管壳式换热器
（1）结构：图8-1为卧式固定管
壳式换热器的示意图，钢制圆形外壳，两端焊有固定管板，在管板上开有小孔一安装传热管束。管孔与管束采用胀接、焊接及铺锡焊。冷、热流体分别在管内和管间流动。图8-1所示固定管壳式换热器是用冷却水来冷却石油气、天然气、制冷剂蒸汽。
管侧流程有二流程、四流程、六流程以提高冷却水的流速。冷却水在管内流动，原料气在管间流动。在外壳底部还开有排放凝结液的管接头。为了提高原料气的流速和改善传热效果，管间通常用栏板（折流板）将其分成若干室。同时也起支持作用。
（2）特点：固定管板式换热器集中了上述各优点，但不好清洗，热膨胀能力差。在火电厂中被广泛应用，如高低压加热器、凝汽器等。
《能源动力装置基础》
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2. 浮头式换热器
由于固定管板式换热器热膨胀能力差，浮头式换热器两端的管板只用一端与外壳固定死，另一端可相对于壳体滑动（浮头）。
内浮头式换热器：图8-2为示意图。
外浮头式换热器：浮头露在壳体外的称为外浮头式。与外壳的密封结构如图8-3所示。
特点：浮头式换热器可解决膨胀、热应力问题。浮头端可把管子拆卸下来清洗。但要产生泄漏。
《能源动力装置基础》
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3. U型管式换热器和套管式换热器
（1） U型管式换热器 如图8-4所示，管子两端都固定在同一管板上。
优点：
①它具有双管程和浮头式换热器的一些优点，可自由膨胀，弹性好，热补偿性好；
②管程流速高，传热性能好；
③承受能力较强，结构紧凑；
④管束可抽出清洗，便于安装。
缺点：管内不好清洗，管侧阻力较大。
《能源动力装置基础》
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（2）套管式换热器 套管式换热器（图8-5）是由一根管子组成的串联U形管换热器。
作用：常用于换热量较小的场合，如小型制冷装置的冷凝器、蒸发器。 特点：是结构紧凑，制造简单，制冷剂和载冷剂成逆向流动。
《能源动力装置基础》
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二、板式换热器
板式换热器是一种高效、结构紧凑的换热设备。广泛使用于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、能源动力、制冷空调诸方面。
1. 组成：如图8-6所示，板式换热器由传热板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、上下导杆、支撑架及紧固件组成。
《能源动力装置基础》
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2. 传热板片：板式换热器的关键部件是传热板片，种类很多，如图8-7。
（1）瘤形板片 板上交替排列着许多半球突起或平头突起的“瘤”。瘤形板片中的流动属网状流动，阻力小，传热系数可达4650W/ m².ºc。如图8-7a。
（2）水平平直波纹板 断面形状为等腰三角形，传热系统可达5800W/ m².ºc。如图8-7b。
（3）人字形板片 如图8-7c所示。为网状形，刚度好，传热性能好；其缺点是流动阻力大。
《能源动力装置基础》
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3. 多流体、多流程板式换热器的通道安排：多流体、多流程换热器的通道数，是靠密封片的合理布置安排实现的。如图8-8、图9-9。
《能源动力装置基础》
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4. 优点：与管壳换热器相比，板式换热器的优点是：
（1）结构简单，制造方便。板式换热器零件数少，组装容易，只要改变传热板片即可。
（2）传热效率高，有效传热温差大。板片叠加而形成狭窄的板间空间，流体在其中紊流
第一节 概 述
热质交换设备是将热量以一定的传热方式从热流体传递的设备，其间，可能伴随着质量的传递。热质交换设备广泛应用于工业生产中。如
制冷中的冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、中间冷却器、冷凝蒸发器、回热器以及冷水塔等，气体液化、分离中的精馏塔，低温技术中的蓄热器；
电厂中锅炉（省煤器、水冷壁、过热器、再热器、空气预热器）、除氧器、高低压加热器、凝汽器等。
另外，在轻工业、纺织工业、造纸、钢铁、食品加工工业等，都要大量使用热质交换设备。
换热器的传热性能对装置的影响很大。热交换器的种类多，下面分别讨论。
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第二节 表面式换热器
在表面式换热器中，冷、热流体在固体壁面的两侧流动，热量通过壁面进行热传递。表面式换热器又分管壳式、板式、翅片管式、板翅式、旋板式和热管式换热器等。
一、管壳式换热器
特点：有圆形外壳，内装平行
管束，管内通道部分称为管程，
管外面与壳体内表面之间的通流部分称为壳程或管间。冷、热流体分别流过管程和壳程，通过壁面实现热交换。
优点：结构简单、造价低廉、选材范围广，清洗方便、适应性强。容量大、适应高温、高压能力强，应用广泛。又有三种形式：
《能源动力装置基础》
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1. 固定管壳式换热器
（1）结构：图8-1为卧式固定管
壳式换热器的示意图，钢制圆形外壳，两端焊有固定管板，在管板上开有小孔一安装传热管束。管孔与管束采用胀接、焊接及铺锡焊。冷、热流体分别在管内和管间流动。图8-1所示固定管壳式换热器是用冷却水来冷却石油气、天然气、制冷剂蒸汽。
管侧流程有二流程、四流程、六流程以提高冷却水的流速。冷却水在管内流动，原料气在管间流动。在外壳底部还开有排放凝结液的管接头。为了提高原料气的流速和改善传热效果，管间通常用栏板（折流板）将其分成若干室。同时也起支持作用。
（2）特点：固定管板式换热器集中了上述各优点，但不好清洗，热膨胀能力差。在火电厂中被广泛应用，如高低压加热器、凝汽器等。
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2. 浮头式换热器
由于固定管板式换热器热膨胀能力差，浮头式换热器两端的管板只用一端与外壳固定死，另一端可相对于壳体滑动（浮头）。
内浮头式换热器：图8-2为示意图。
外浮头式换热器：浮头露在壳体外的称为外浮头式。与外壳的密封结构如图8-3所示。
特点：浮头式换热器可解决膨胀、热应力问题。浮头端可把管子拆卸下来清洗。但要产生泄漏。
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3. U型管式换热器和套管式换热器
（1） U型管式换热器 如图8-4所示，管子两端都固定在同一管板上。
优点：
①它具有双管程和浮头式换热器的一些优点，可自由膨胀，弹性好，热补偿性好；
②管程流速高，传热性能好；
③承受能力较强，结构紧凑；
④管束可抽出清洗，便于安装。
缺点：管内不好清洗，管侧阻力较大。
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（2）套管式换热器 套管式换热器（图8-5）是由一根管子组成的串联U形管换热器。
作用：常用于换热量较小的场合，如小型制冷装置的冷凝器、蒸发器。 特点：是结构紧凑，制造简单，制冷剂和载冷剂成逆向流动。
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二、板式换热器
板式换热器是一种高效、结构紧凑的换热设备。广泛使用于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、能源动力、制冷空调诸方面。
1. 组成：如图8-6所示，板式换热器由传热板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、上下导杆、支撑架及紧固件组成。
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2. 传热板片：板式换热器的关键部件是传热板片，种类很多，如图8-7。
（1）瘤形板片 板上交替排列着许多半球突起或平头突起的“瘤”。瘤形板片中的流动属网状流动，阻力小，传热系数可达4650W/ m².ºc。如图8-7a。
（2）水平平直波纹板 断面形状为等腰三角形，传热系统可达5800W/ m².ºc。如图8-7b。
（3）人字形板片 如图8-7c所示。为网状形，刚度好，传热性能好；其缺点是流动阻力大。
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3. 多流体、多流程板式换热器的通道安排：多流体、多流程换热器的通道数，是靠密封片的合理布置安排实现的。如图8-8、图9-9。
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4. 优点：与管壳换热器相比，板式换热器的优点是：
（1）结构简单，制造方便。板式换热器零件数少，组装容易，只要改变传热板片即可。
（2）传热效率高，有效传热温差大。板片叠加而形成狭窄的板间空间，流体在其中紊流
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