第四节各等换热器的特性刻选型[9]冷王冷出m热讲店图1-8板式换热器流向示意图(2）板式换热器：它是由一组长方形的传热板片和密封垫片以及压紧装置所组成。两相邻板片的边缘用垫片夹紧，类似于常用的乐滤机。其内部两种流体的流向，如图1-8所示板片通常压制成表面为波纹形和槽形,以增加板的刚度和增大流体的湍流程度。这种换热器由于流道的当量直径小，板形波纹使截面变化复杂，流体的扰动作用（激化)，而具有较高的给热系数，故传热效率高，结构紧凑，使用灵活，清洗和维修方便。但由于密封周边太长，渗漏的机会大。此外，由于流道狭窄和甬孔的限制，难以实现大流量的操作。(3）板翅式换热器：这种换热器的基本结构是在两块平金属板之间放置一种波纹状的金属导热翅片（一般称它为“二次表面"），在其两侧以侧条密封而组成单元体，对各个单元进行不同的组合和适当的排列,并用钎焊将它们焊牢即成。由各单元组成的板束，如图1-9中所示。这图1-9板翅式换热器的板束种换热器具有高的传热效率。它在单位体积内的传热面积一般都能达到2500m/㎡（单指导热翅片而言),最高可达4370m2/m，它儿乎是管壳式换热器的十几倍。它用铝合金制造，结构紧凑，体积小，重量轻。同时因波形翅片既是主要的传热表面，又是两板的支撑，故强度高。它可用作气-气、气一液和液一液的热交换，亦可用作冷凝和蒸发，它可用于逆流、并流、错流或错逆流等多种情况，同时适用于多种不同的流体在同一设备中操作，加可允许2~9种流体之间的换热，因此适应性大。这种换热器一般均选用铝材制造，特别适用于低温或超低温的场合。板翅式换热器的流道小，容易产生堵塞，而增大压力降，且不易清洗，要求所处理的物料较清洁或进入换热器以前需进行过滤。要求流体对铝板不产生腐蚀，否则一旦腐蚀形成内漏,就难以修补。(4）板壳式换热器：这种换热器主要由板束（相当于管壳式换热器中的管束）和壳休两部分组成，介于管壳式和板式换热器之间的一种中间产品，如图1-10所示。这种换热器的特点是传热系数高，若设计选用得当，它的传热系数约为管壳式的两倍。由于管图1-10 板尧式换热器断面程和壳程都是直通道，相应的流体流动阻力较小，因而通过换热器的压力降就小。传热面积大，结构紧漆，体积小。污塞倾向小，容易清洗，但焊接技术要求高。（5）伞板式换热器：
[10]它是一种由我国独创的新型高效换热器，由板式换热器演变而来。它的结构是以伞形板片代替了平板片，从而使制造工艺大为简化,成本降低。另一方面伞形板片结构稳定，板片间容易密封。但由于设备的流道较小，容易堵塞，不宜处理较脏的介质。该设备的螺旋流道内具有流花纹，增加了流体的扰动程度，因而提高了传热效率。(6)空气冷却器：这种设备主要由翅片管束构成，常用的为水平横向翅片管。翅片管有圆管和椭圆管两种，后者较前者更为优越，而得到迅速推广和发展。管材本身采用碳钢，但翅片多为铝制。3.新型材料换热器它是适应于处理强腐蚀性流体的条件下发展起来的。从结构上来分析，它与上述各种形式换热器基本上是大同小异。从材料上考虑，可把它分为非金属材料和稀有金属材料两类。而后一种材料的使用，正是为了解决在化工生产中高温和高压下的强腐蚀性的问题。(1）非金属材料换热器:它包括用石墨、玻璃、陶瓷和聚四氟乙烯塑料等非金属材料制作的换热器。其中尤以石墨和聚四氟乙烯塑料制的设备，应用较广泛，很有发展前途。而玻璃换热器用于工业生产中，近年来，还只是刚刚开始。1）石墨换热器：它是使用一种不渗透性的石墨材料制造的，即将一般渗透性石墨经过浸溃处理来达到。这种石题换热器的使用温度决定于浸溃剂的热稳定性的极限温度。由于石墨具有优良的化学稳定性,除了强氧化酸以外,几乎可以处理一切酸、碱、无机盐溶液和有机物等，高的导热系数和不易结垢，使石墨换热器具有良好的耐腐蚀性和传热性能，将它用于腐蚀性的液体和气体的场合,最能发挥它的优越性。但由于石墨的抗拉和抗弯强度较低，易脆裂和各向异性等，故在结构设计中应尽量采用实体块，以避免石墨件受拉伸和弯曲应力，同时,在受压缩的条件下装配石墨件,以充分发挥它抗压强度离的特点。 此外，换热器的通道走向必须符合石墨的各向异性所带来的最佳导热的方向。 根据这些情况，石显换热器有管壳式、块式和板式等多种形式,其中尤以管壳式和块式更为目前所广泛采用。这种换热器一般使用于压力约0.8MPa（美国生产的块式石墨换热器，操作压力达2.0MPa）和温度约-150~-170℃的情况下。2）聚四氮乙烯塑料换热器：它是最近十余年所发展起来的一种新型耐腐蚀的换热器。主要的结构形式有管壳式和浸液管束式等,后者如图 1-11 所示。由于聚四氟乙烯的导热系数低,而采用薄壁管,同时为了保证管子的一定强度,则采用了小直径的管子。这种小直径薄壁柔性管使管壁热阻大大降低。最常用的管子尺寸为Φ2.54mm×0.254mm(即40.1i×0.01in）和46.85mm×0.685mm（即b0.25in×0.025 in)。这种管子具有低导热系数1美2氢KK0@图 1-11 “杜邦”浸液管束示意图
第四节各种预热器的特性和选型[11]的缺点，它可由给定休积内能提供更大的传热面（即采用大量小曾子）所补偿，并具有优良的抗魔蚀性能，能在各种介质中操作。使用的温度可从180°℃到+250°℃。由于这种塑料表面非常光滑，而且在操作时易震动，故不易结垢；但若管子太细时，溶液内含有颗粒，就容易堵塞。由于管子是柔性的,可将换热器制成各种特殊的形状,以适应使用的需要。但机械性能较差，只适用于低压情况下。3）玻璃换热器：这种换热器在工业生产中的应用还不广。其使用的材料为硼硅玻璃，这种材料虽然导热系数低，但其允许的工作温度较高，热膨胀系数小，能在很长的时间内保持操作性能不变，故把它选作为这种换热器的结构材料。目前玻璃换热器的结构形式应用最多的为盘管式和喷淋式两种。这种换热器的特点是抗腐蚀性能好，使用寿命长。单位传热面积的重量轻,其重度还不到钢的1/3。适应性强。但管壁热阻大,一般适宜于蒸汽冷凝或液体的沸腾传热。(2）稀有金属材料换热器：近年来，为了适应高温、高压、高真空、深冷、有毒、易爆和强腐蚀等条件下的换热而发展起来。在换热器的制造中，多采用钛、组和铬等稀有金属及其合金。虽然这些稀有金属价格都很昂贵，但是由于它们具有一些优良的特性，而在某些场合下得到使用。其中以钛制换热器在化工生产中已推广应用，如联邦德国在含氯溶液中采用了钛制板式换热器，现代化炼油厂中已使用钛制管壳式冷却器和冷凝器。钛制换热器由于在钛的表面形成一层致密的氧化膜，而有高的抗点腐蚀和腐蚀疲劳的能力，因此它具有很高的耐腐蚀性能。它比不锈钢优越，它在海水、大气、多数金属氯化物、湿氯气和许多有机酸里有很高的耐腐蚀性。它具有高的强度限和属服限,且相对密度与质量轻。它的线膨胀系数与钢接近。4.其它新型换热器为了适应现代化工业各方面的要求，目前已出现了各种其它的新型换热器，已在各种不同场合下得到应用，并显示出很多独特的优点。如回转式换热器和热管等。其中以热管发展较为迅速，得到推广应用热管是一种新型的传热元件，它包括一根密闭的金属管子，管子内部装有图1-12热管示意图一定的材料制的毛细结构和载热介质，品一加热区；区；d一绝热层区如图1-12所示。当管子在加热区加热一毛细结构（芯子）时,介质从毛细结构中蒸发出来，带着所吸取的潜热,通过输送区沿温度降的方向流动,在冷凝区遇到冷表面后冷凝，并放出潜热，冷凝后的载热介质通过它在毛细结构中的表面张力作用，重新返间加热区，如此往复循环，连续不断地把热端的热量传送到冷端。热管的主要特点是结构简单，重量轻,经济耐用。在极小的温差下，具有极高的输热能力。通过材料的适当选择和组合，它可用于大幅度的温度范围，如从一200℃直到+2000℃的温度范围内均可应用。一般没有运动部件，操作无声，不需要维护，寿命长。输热效率高，其效率可达到90%。尺寸形状可多样化，以适应实际应用的需要。具有多种用途，如用作传送热量、保持恒温、当作热流阀和热流转换器等。目前，国外各种换热器所能达到的主要技术经济指标见表 1-1
[12] 第一掌樱论表1-1国外各种换热器所能达到的主要技术经济指标香纹品22长大外形计最伙滤势表荐漆砖CC)形式06808管充式1000~1500本水10000040~1503套管式100150800液-液860~1400100宽黛弟100*森加规-100(00()1510喷淋式传济98-180162.8（石程纤纬）板式743精航128200水-水 690057250~15c016（石棒橡较）115800螺旋板式800100LOC800板宽式蒸汽冷凝35006.4板翅式1200 ×1200×60005.72690空气强制对流 33~ 350250~43二、换热器的选型根据上面介绍，各种形式的换热器都有它本身的特点，明确这些特点以后，将有助于我们对换热器的选型。在设计换热器时，对于形式的选择是很重要的。 一-般通过各种计算对所选形式进行技术经济对比,以便确定最佳条件下换热器的形式。在换热器选型时,考虑的因素是很多的,如材料、压力、温度、温度差、压力降、结垢的情况、流体的状态、应用方式、检修和清理等。有些结构形式,在某种情况下使用是好的,但是,在另外的情况下，却不能令人满意，或根本就不能使用。 因此，在选型时应仔细分析所有的要求和条件，在许多相互制约的因素中应全页考虑，找出其中的主要矛盾，给予妥善解决。一根据上述在选型时所要考虑的各种因康,其目的就是要使所选换热器的形式，能保证达到工艺所规定的换热条件，强度足够和绪构可靠，便于制造、安装、检修以及经济上的合理等。当在高温和高压下操作，并需要采用大型换热器时，这样具有足够的强度和结构可靠的要求就很重要，而管壳式与其它结构形式相比较，能满足这种要求，故选用这种结构形式为宜。在氨碱工业中，解决湿氯气的冷却时，由于这种物料是强腐蚀性的介质，这时选用耐魔蚀材料就成为一个突出的问题，这就需要采用新型材料换热器。根据目前的情况，用价格美较昂贵的稀有金属钛創的换热器是较合适的，这时，为了降低材料成本，可采用薄壁管和复1合板的形式或衬里的结构等。也可考虑采用聚四氟乙烯换热器，当然这时操作温度应在250°℃ 以下方可。若操作温度和压力都不高，处理的量又不大，且处理的物料具有腐蚀性，要求采用贯重金属材料时，则可选用板面式换热器的新型换热设备。因为它们具有传热效率高、结构紧和金属材料消耗低等突出的优点。 总之，对工程技术人员而言，在设计换热器时,对于形式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时,还得通过繁杂的计算来进行技术经济指标对比，从面使设计达到该具体条件下的最佳设计
第五节换热器的材料181第五节换热器的材料在进行换热器设计时，对换热器各种零、部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。。 一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，,但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。如在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。一、换热器用的材料一般换热器用的材料，可分为金属材料和非金属材料，而金属材料又可分为黑色金属和有色金属。1.黑色金属及其合金(1) 碳钢:价格低,强度较高,对碱性介质的化学腐蚀比较稳定,对酸很容易被腐蚀,在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。如一般换热器用的普避无缝钢管，其常用的材料为10 和 20号碳钢。碳钢按除氧的程度又可分为沸腾钢、半镇静钢和镇静钢等。1）沸腾钢：容易产生偏析，有焊接裂纹产生的可能性。2）镇静钢：由于加工工艺性能良好，焊接性能好，被广泛地用作为换热器的各种零部件的材料。(2)低合金钢：在碳钢中加入少量的 Cr、Mo等元素，以增如高温时的强度，并作为耐腐蚀钢在高温高压的氢介质环境中使用。机械性能和组织均有足够的稳定性，无热脆现象，冷加工性和焊接性良好。2.不锈钢（1）马氏体系不锈钢：如 2C13 钢,它的主要性能和1Cr18 钢(半马氏体型)相同，对铁离子、亚硫酸气体、硫化氢和环烷酸等均耐魔蚀,但对染料水溶液、混合气体(丑。、N、NH.)等的耐腐蚀性低。 由于含碳较商，故强度和硬度较 1Cr18 钢稍高，面耐腐蚀和耐热性则稍有降低。马氏体组织、由于热处理有泽硬性，焊接时由于热影响产生变形应力容易开裂。(2）铁素体系不锈钢：含 Cr 在 15% 以上的钢。 它对氧化性酸，尤其是硝酸，有很好的耐腐蚀性。 在碱性溶液、无氯盐水、苯和洗涤剂中也都有良好的耐腐蚀性，切削性良好。但厚板焊接容易脆裂，且焊后有晶间腐蚀的倾向，不宜用于厚度较大或低温使用的部件。（8）奥氏体系不锈钢：以1Cr18Ni9 为代表，它是标准的18-8奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能不锈解除了用于管壳式换热器以外，它是板式换热器中板片的主要材料，同时也用于螺