換熱器

換熱器（英語(yǔ)翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱(chēng)熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門(mén)的通用設備，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，應用更加廣泛。換熱器種類(lèi)很多，但根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類(lèi)即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類(lèi)換熱器中，間壁式換熱器應用最多。

換熱器是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實(shí)現物料之間熱量傳遞的節能設備，是使熱量由較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到流程規定的指標，以滿(mǎn)足過(guò)程工藝條件的需要，同時(shí)也提高能源利用率的主要設備之一。換熱器行業(yè)涉及暖通、壓力容器、中水處理設備等近30多種產(chǎn)業(yè)，相互形成產(chǎn)業(yè)鏈條。

據《2013-2017年中國換熱器行業(yè)發(fā)展前景預測與轉型升級分析報告》數據顯示2010年中國換熱器產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規模在500億元左右，主要集中于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調、機械、食品、制藥等領(lǐng)域。其中，石油化工領(lǐng)域仍然是換熱器產(chǎn)業(yè)最大的市場(chǎng)，其市場(chǎng)規模為150億元;電力冶金領(lǐng)域換熱器市場(chǎng)規模在80億元左右;船舶工業(yè)換熱器市場(chǎng)規模在40億元以上;機械工業(yè)換熱器市場(chǎng)規模約為40億元;集中供暖行業(yè)換熱器市場(chǎng)規模超過(guò)30億元，食品工業(yè)也有近30億元的市場(chǎng)。另外，航天飛行器、半導體器件、核電常規島核島、風(fēng)力發(fā)電機組、太陽(yáng)能光伏發(fā)電多晶硅生產(chǎn)等領(lǐng)域都需要大量的專(zhuān)業(yè)換熱器，這些市場(chǎng)約有130億元的規模。

近年來(lái)國內換熱器行業(yè)在節能增效、提高傳熱效率、減少傳熱面積、降低壓降、提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著(zhù)成績(jì)?；谑?、化工、電力、冶金、船舶、機械、食品、制藥等行業(yè)對換熱器穩定的需求增長(cháng)，我國換熱器行業(yè)在未來(lái)一段時(shí)期內將保持穩定增長(cháng)，前瞻網(wǎng)預計2011年至2020年期間，我國換熱器產(chǎn)業(yè)將保持年均10-15%左右的速度增長(cháng)，到2020年我國換熱器行業(yè)規模有望達到1500億元。目前，全國換熱設備市場(chǎng)呈現出供不應求的市場(chǎng)狀態(tài)，換熱設備產(chǎn)業(yè)正處在黃金增長(cháng)期。

基本概念

換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使流體溫度達到工藝流程規定的指標的熱量交換設備，又稱(chēng)熱交換器。換熱器作為傳熱設備被廣泛用于鍋爐暖通領(lǐng)域，隨著(zhù)節能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類(lèi)越來(lái)越多。

分類(lèi)

適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結構型式也不同，換熱器的具體分類(lèi)如下：

一、換熱器按傳熱原理分類(lèi)

1、表面式換熱器

表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開(kāi)的空間里流動(dòng)，通過(guò)壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。表面式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。

2、蓄熱式換熱器

蓄熱式換熱器通過(guò)固體物質(zhì)構成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過(guò)加熱固體物質(zhì)達到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過(guò)固體物質(zhì)被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉式、閥門(mén)切換式等。

3、流體連接間接式換熱器

流體連接間接式換熱器，是把兩個(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來(lái)的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。

4、直接接觸式換熱器

直接接觸式換熱器是兩種流體直接接觸進(jìn)行換熱的設備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。

二、換熱器按用途分類(lèi)

1、加熱器

加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒(méi)有發(fā)生相的變化。

2、預熱器

預熱器預先加熱流體，為工序操作提供標準的工藝參數。

換熱器

3、過(guò)熱器

過(guò)熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過(guò)熱狀態(tài)。

4、蒸發(fā)器

蒸發(fā)器用于加熱流體，達到沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。

三、按換熱器的結構分類(lèi)

可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。

注意事項

1、保持管網(wǎng)的清潔，無(wú)論是在工作前還是工作完成后，我們都必須對管網(wǎng)中進(jìn)行清潔處理，這樣做的目的是為了避免發(fā)生換熱器堵塞的現象。還要注意及時(shí)對除污器以及過(guò)濾器的清洗，讓整個(gè)工作順利完成。

2、嚴重把關(guān)軟化水，對于任何一種水質(zhì)把關(guān)，這一點(diǎn)是相當重要，在進(jìn)行對軟化水水質(zhì)處理的前提下，首先要認真檢查系統中的水和軟化罐水質(zhì)問(wèn)題，如果確定合格就可以進(jìn)行注入處理。

3、新系統檢驗，對于一些新系統來(lái)說(shuō)，不能馬上與換熱器進(jìn)行交替使用，首先需把新的系統在指定的時(shí)間段運行，讓它有了一個(gè)運行模式后，此時(shí)方可以把換熱器并入系統中使用，這樣做的目的完全是為了避免管網(wǎng)中的雜質(zhì)破壞換熱器設備。

概述

    換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱(chēng)熱交換器。換熱器是實(shí)現化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常用作把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。換熱器既可是一種單元設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設備的組成部分，如氨合成塔內的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設備，根據統計，熱交換器的噸位約占整個(gè)工藝設備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。

管殼式

    管殼式換熱器是一個(gè)量大而品種繁多的產(chǎn)品，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強化傳熱，效果將更好，一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術(shù)。對材料的噴涂，我國已從國外引進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導熱性，價(jià)格比鈦材便宜，應予注意。國內在節能增效等方面改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著(zhù)成績(jì)。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。

市場(chǎng)前景

    2016年換熱器行業(yè)規模突破1000億元，2020年實(shí)現由換熱器生產(chǎn)大國邁入世界換熱器強國的行列的奮斗目標，為加快振興我國裝備制造業(yè)做出貢獻。產(chǎn)品精度、性能、壽命和可靠性達到同期國外大公司同類(lèi)產(chǎn)品水平，重大裝備配套換熱器實(shí)現國產(chǎn)化：設計和制造技術(shù)達到同期國外大公司水平，有一批核心技術(shù)的自主知識產(chǎn)權；有3-5家擁有自主知識產(chǎn)權和世界知名品牌、國際競爭力較強的優(yōu)勢企業(yè)；行業(yè)生產(chǎn)和銷(xiāo)售總規模位居世界前列，有2-3家內資控股企業(yè)進(jìn)入世界換熱器銷(xiāo)售額前10名；行業(yè)生產(chǎn)集中度達到80以上。這些都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)展空間。未來(lái)，國內市場(chǎng)需求將呈現以下特點(diǎn)：對產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點(diǎn)；要求產(chǎn)品性?xún)r(jià)比提高；對產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化的需求趨勢強烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團產(chǎn)品。

設計要求

隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，各種不同型式和種類(lèi)的換熱器發(fā)展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發(fā)展的需要，中國對某些種類(lèi)的換熱器已經(jīng)建立了標準，形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時(shí)應滿(mǎn)足以下基本要求：

（1） 合理地實(shí)現所規定的工藝條件；

（2） 結構安全可靠；

（3） 便于制造、安裝、操作和維修；

（4） 經(jīng)濟上合理。

浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內自由浮動(dòng)，殼體和管束對膨脹是自由的，故當兩張介質(zhì)的溫差較大時(shí)，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應力。浮頭端設計成可拆結構，使管束能容易的插入或抽出殼體。（也可設計成不可拆的）。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結構較復雜，而且浮動(dòng)端小蓋在操作時(shí)無(wú)法知道泄露情況。因此在安裝時(shí)要特別注意其密封。

浮頭換熱器的浮頭部分結構，按不同的要求可設計成各種形式，除必須考慮管束能在設備內自由移動(dòng)外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。

在設計時(shí)必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應小于殼體內徑Di，一般推薦浮頭管板與殼體內壁的間隙b1=3~5mm。這樣，當浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內抽出。以便于進(jìn)行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進(jìn)行裝配，所以在設計中應考慮保證浮頭蓋在裝配時(shí)的必要空間。

鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著(zhù)重要作用。隨著(zhù)幞頭式換熱器的設計、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長(cháng)期以來(lái)使用經(jīng)驗的積累，鉤圈的結構形式也得到了不段的改進(jìn)和完善。

鉤圈一般都為對開(kāi)式結構，要求密封可靠，結構簡(jiǎn)單、緊湊、便于制造和拆裝方便。

浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性，在長(cháng)期使用過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗。盡管受到不斷涌現的新型換熱器的挑戰，但反過(guò)來(lái)也不斷促進(jìn)了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導地位。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；

（2）介質(zhì)間溫差不受限制；

（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕；

（4）可用于結垢比較嚴重的場(chǎng)合；

（5）可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。

缺點(diǎn)：

（1）小浮頭易發(fā)生內漏；

（2）金屬材料耗量大，成本高20%；

（3）結構復雜

制造工藝

選取換熱設備的制造材料及牌號，進(jìn)行材料的化學(xué)成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進(jìn)行矯形，方法包括手工矯形，機械矯形及火焰矯形。

備料－－劃線(xiàn)－－切割－－邊緣加工（探傷）－－成型－－組對－－焊接－－焊接質(zhì)量檢驗－－組裝焊接－－壓力試驗

質(zhì)量檢驗

化工設備不僅在制造之前對原材料進(jìn)行檢驗，而且在制造過(guò)程中要隨時(shí)進(jìn)行檢查。

概述

渦流熱膜換熱器采用最新的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過(guò)改變流體運動(dòng)狀態(tài)來(lái)增加傳熱效果，當介質(zhì)經(jīng)過(guò)渦流管表面時(shí)，強力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。最高可達10000W/m2℃。

據【換熱設備推廣中心】介紹這種結構實(shí)現了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類(lèi)型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱系數降低。

渦流熱膜換熱器的最大特點(diǎn)在于經(jīng)濟性和安全性統一。由于考慮了換熱管之間，換熱管和殼體之間流動(dòng)關(guān)系，不再使用折流板強行阻擋的方式逼出湍流，而是靠換熱管之間自然誘導形成交替漩渦流，并在保證換熱管不互相摩擦的前提下保持應有的顫動(dòng)力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會(huì )彼此碰撞，既克服了浮動(dòng)盤(pán)管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問(wèn)題，又避免了普通管殼式換熱器易結垢的問(wèn)題。

性能特點(diǎn)

1.高效節能，該換熱器傳熱系數為6000-8000W/m2.0C。

2.全不銹鋼制作，使用壽命長(cháng)，可達20年以上。

3.改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻。

4.換熱速度快，耐高溫（400℃），耐高壓（2.5Mpa）。

5.結構緊湊，占地面積小，重量輕，安裝方便，節約土建投資。

6.設計靈活，規格齊全，實(shí)用針對性強，節約資金。

7.應用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質(zhì)熱交換。

8.維護費用低，易操作，清垢周期長(cháng)，清洗方便。

9.采用納米熱膜技術(shù)，顯著(zhù)增大傳熱系數。

10.應用領(lǐng)域廣闊，可廣泛用于熱電、廠(chǎng)礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫藥、能源電子、機械輕工等領(lǐng)域。