換熱器

換熱器（英語翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業部門的通用設備，在生產中占有重要地位。在化工生產中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等，應用更加廣泛。換熱器種類很多，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即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，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，以滿足過程工藝條件的需要，同時也提高能源利用率的主要設備之一。換熱器行業涉及暖通、壓力容器、中水處理設備等近30多種產業，相互形成產業鏈條。

據《2013-2017年中國換熱器行業發展前景預測與轉型升級分析報告》數據顯示2010年中國換熱器產業市場規模在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、制藥等領域。其中，石油化工領域仍然是換熱器產業最大的市場，其市場規模為150億元;電力冶金領域換熱器市場規模在80億元左右;船舶工業換熱器市場規模在40億元以上;機械工業換熱器市場規模約為40億元;集中供暖行業換熱器市場規模超過30億元，食品工業也有近30億元的市場。另外，航天飛行器、半導體器件、核電常規島核島、風力發電機組、太陽能光伏發電多晶硅生產等領域都需要大量的專業換熱器，這些市場約有130億元的規模。

近年來國內換熱器行業在節能增效、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成績?；谑?、化工、電力、冶金、船舶、機械、食品、制藥等行業對換熱器穩定的需求增長，我國換熱器行業在未來一段時期內將保持穩定增長，前瞻網預計2011年至2020年期間，我國換熱器產業將保持年均10-15%左右的速度增長，到2020年我國換熱器行業規模有望達到1500億元。目前，全國換熱設備市場呈現出供不應求的市場狀態，換熱設備產業正處在黃金增長期。

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，又稱熱交換器。換熱器作為傳熱設備被廣泛用于鍋爐暖通領域，隨著節能技術的飛速發展，換熱器的種類越來越多。

分類

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

一、換熱器按傳熱原理分類

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的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。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

蓄熱式換熱器通過固體物質構成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質先通過加熱固體物質達到一定溫度后，冷介質再通過固體物質被加熱，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，是把兩個表面式換熱器由在其中循環的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環，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

1、加熱器

加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發生相的變化。

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、過熱器

過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態。

4、蒸發器

蒸發器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發，一般有相的變化。

三、按換熱器的結構分類

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、保持管網的清潔，無論是在工作前還是工作完成后，我們都必須對管網中進行清潔處理，這樣做的目的是為了避免發生換熱器堵塞的現象。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、嚴重把關軟化水，對于任何一種水質把關，這一點是相當重要，在進行對軟化水水質處理的前提下，首先要認真檢查系統中的水和軟化罐水質問題，如果確定合格就可以進行注入處理。

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

概述

    換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器是實現化工生產過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、能源等工業生產中，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。換熱器是化工生產中重要的單元設備，根據統計，熱交換器的噸位約占整個工藝設備的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量大而品種繁多的產品，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。我國在發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展，其中尤以鈦材發展較快。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。對材料的噴涂，我國已從國外引進生產線。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導熱性，價格比鈦材便宜，應予注意。國內在節能增效等方面改進換熱器性能，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成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業成本降低，效益提高。

市場前景

    2016年換熱器行業規模突破1000億元，2020年實現由換熱器生產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做出貢獻。產品精度、性能、壽命和可靠性達到同期國外大公司同類產品水平，重大裝備配套換熱器實現國產化：設計和制造技術達到同期國外大公司水平，有一批核心技術的自主知識產權；有3-5家擁有自主知識產權和世界知名品牌、國際競爭力較強的優勢企業；行業生產和銷售總規模位居世界前列，有2-3家內資控股企業進入世界換熱器銷售額前10名；行業生產集中度達到80以上。這些都將為換熱器行業提供更加廣闊的發展空間。未來，國內市場需求將呈現以下特點：對產品質量水平提出了更高的要求，如環保、節能型產品將是今后發展的重點；要求產品性價比提高；對產品的個性化、多樣化的需求趨勢強烈；逐漸注意品牌產品的選用；大工程項目青睞大企業或企業集團產品。

設計要求

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

（1） 合理地實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，殼體和管束對膨脹是自由的，故當兩張介質的溫差較大時，管束和殼體之間不產生溫差應力。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，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密封。

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。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配，所以在設計中應考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。

鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要作用。隨著幞頭式換熱器的設計、制造技術的發展，以及長期以來使用經驗的積累，鉤圈的結構形式也得到了不段的改進和完善。

鉤圈一般都為對開式結構，要求密封可靠，結構簡單、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，在長期使用過程中積累了豐富的經驗。盡管受到不斷涌現的新型換熱器的挑戰，但反過來也不斷促進了自身的發展。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導地位。

優缺點

優點：

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；

（2）介質間溫差不受限制；

（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合；

（5）可用于管程易腐蝕場合。

缺點：

（1）小浮頭易發生內漏；

（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，進行材料的化學成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進行矯形，方法包括手工矯形，機械矯形及火焰矯形。

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

質量檢驗

化工設備不僅在制造之前對原材料進行檢驗，而且在制造過程中要隨時進行檢查。

概述

渦流熱膜換熱器采用最新的渦流熱膜傳熱技術，通過改變流體運動狀態來增加傳熱效果，當介質經過渦流管表面時，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】介紹這種結構實現了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類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在于經濟性和安全性統一。由于考慮了換熱管之間，換熱管和殼體之間流動關系，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力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會彼此碰撞，既克服了浮動盤管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問題，又避免了普通管殼式換熱器易結垢的問題。

性能特點

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，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熱交換。

8.維護費用低，易操作，清垢周期長，清洗方便。

9.采用納米熱膜技術，顯著增大傳熱系數。

10.應用領域廣闊，可廣泛用于熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫藥、能源電子、機械輕工等領域。