板式換熱器類型及特點(diǎn)

一、夾套式換熱器

     夾套式換熱器是在容器外壁安裝夾套制成。這種換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其加熱面受容器壁面限制，總傳熱系數(shù)也不高，為提高總傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋板或采取其他增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)。為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過(guò)程的加熱和冷卻。

      夾套式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖與外形圖

1—蒸氣進(jìn)口；2—釜；3—夾套；4—冷凝水出口；5—冷凝水排除器

二、螺旋板式換熱器

     螺旋板式換熱器是由兩塊薄金屬板焊接在一塊分隔擋板（圖中心的短板）上并卷成螺旋形而制成的。兩塊薄金屬板在器內(nèi)形成兩條螺旋形通道，在頂、底部上分別焊有蓋板或封頭。進(jìn)行換熱時(shí)，冷、熱流體分別進(jìn)入兩條通道，在器內(nèi)做嚴(yán)格的逆流流動(dòng)。

 螺旋板式換熱器

因用途不同，螺旋板式換熱器的流道布置和封蓋形式，有下面幾種型式。

①“Ⅰ"型結(jié)構(gòu)。兩個(gè)螺旋流道的兩側(cè)為焊接密封的“Ⅰ"型結(jié)構(gòu)，是不可拆結(jié)構(gòu)。兩流體均做螺旋流動(dòng)，通常冷流體由外周流向中心，熱流體從中心流向外周，即逆流流動(dòng)。這種型式主要應(yīng)用于液體與液體間傳熱。

②“Ⅱ"型結(jié)構(gòu)。一個(gè)螺旋流道的兩側(cè)為焊接密封，另道的兩側(cè)是敞開的，因而體在螺旋流道中做螺旋流動(dòng)，另體則在另道中做軸向運(yùn)動(dòng)。這種型式適用于兩流體流量差別很大的場(chǎng)合，常用作冷凝器、氣體冷卻器等。

③“Ⅲ"型結(jié)構(gòu)。一種流體做螺旋流動(dòng)，另體是軸向流動(dòng)和螺旋流動(dòng)的組合。適用于蒸氣的冷凝冷卻。

螺旋板換熱器的直徑一般在1.6m以內(nèi)，板寬200～1200mm，板厚2～4mm，兩板間的距離為5～25mm。常用材料為碳鋼和不銹鋼。

優(yōu)點(diǎn)：

①總傳熱系數(shù)高。由于流體在螺旋通道中流動(dòng)，在較低的雷諾數(shù)（一般Re=1400～1800，有時(shí)低到500）下即可達(dá)到湍流，并且可選用較高的流速（對(duì)液體為2m/s，氣體為20m/s），故總傳熱系數(shù)較大。

②不易堵塞。由于流體的流速較高，流體中懸浮物不易沉積下來(lái)，并且任何沉積物將減小單流道的橫斷面，因而使速度增大，對(duì)堵塞區(qū)域又起到?jīng)_刷作用，故螺旋板換熱器不易被堵塞。

③能利用低溫?zé)嵩春途芸刂茰囟?。這是流體流動(dòng)的流道長(zhǎng)及兩流體逆流的緣故。

④結(jié)構(gòu)緊湊。單位體積的傳熱面積為列管換熱器的3倍。

缺點(diǎn)：

①操作壓強(qiáng)和溫度不宜太高，目前最高操作壓強(qiáng)為2000kPa，溫度約在400℃以下。

②不易檢修。因整個(gè)換熱器為卷制而成，一旦發(fā)生泄漏，修理內(nèi)部很困難。

三、平板式換熱器

      平板式換熱器簡(jiǎn)稱板式換熱器，是由一組長(zhǎng)方形的薄金屬板平行排列，加緊組裝于支架上而構(gòu)成的。兩相鄰板片的邊緣襯有墊片，壓緊后板間形成密封的流體通道，且可用墊片的厚度調(diào)節(jié)通道的大小。每塊板的四個(gè)角上，各開一個(gè)圓孔，其中有一對(duì)圓孔和一組板間流道相通，另外一對(duì)圓孔則通過(guò)在孔的周圍放置墊片而阻止流體進(jìn)入該組板間的通道。這兩對(duì)圓孔的位置在相鄰板上是錯(cuò)開的以分別形成兩流體的通道。冷熱流體交錯(cuò)地在板片兩側(cè)流過(guò)，通過(guò)板片進(jìn)行換熱。板片厚度約為0.5～3mm，通常壓制成凹凸的波紋狀，例如人字形波紋板，這樣增加了板的剛度以防止板片受壓時(shí)變形，同時(shí)又使流體分布均勻，增強(qiáng)了流體湍動(dòng)程度和加大了傳熱面積，有利于傳熱。

平板式換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

1—接管；2—法蘭；3—墊片；4—板片；5—固定壓緊板；6—上導(dǎo)桿；7—中間隔板；8—滾動(dòng)機(jī)構(gòu)；9—活動(dòng)壓緊板；10—下導(dǎo)桿；11—夾緊螺桿；12—螺母；13—支柱

優(yōu)點(diǎn)：

①傳熱系數(shù)高。由于平板式換熱器中板面有波紋或溝槽，可在低雷諾數(shù)（Re=200左右）下即達(dá)到湍流，而且板片厚度又小，故傳熱系數(shù)大。例如水對(duì)水的傳熱系數(shù)可達(dá)1500～4700W/（m2·K）。

②結(jié)構(gòu)緊湊。一般板間距為4～6mm，單位體積設(shè)備可提供的傳熱面為250～1000m2/m3（列管式換熱器只有40～150m2/m3）。平板式換熱器的金屬消耗量可減少一半以上。

③具有可拆結(jié)構(gòu)。可根據(jù)需要，用調(diào)節(jié)板片數(shù)目的方法增減傳熱面積。操作靈活性大，檢修、清洗也都比較方便。

缺點(diǎn)：是允許的操作壓強(qiáng)和溫度都比較低。通常操作壓強(qiáng)低于1.5MPa，最高不超過(guò)2.0MPa，壓強(qiáng)過(guò)高容易泄漏。操作溫度受墊片材料的耐熱性限制，一般不超過(guò)250℃。另外由于兩板的間距僅幾毫米，流通面積較小，流速又不大，處理量較小。

螺旋板式換熱器和平板式換熱器都具有結(jié)構(gòu)緊湊、材料消耗低、傳熱系數(shù)大的特點(diǎn)，都屬于新型的高效緊湊式換熱器。這類換熱器一般都不耐高溫高壓，但對(duì)于壓強(qiáng)較低、溫度不高或腐蝕性強(qiáng)而需用貴重材料的場(chǎng)合，則顯示出更大的*性，目前已廣泛應(yīng)用于食品、輕工等工業(yè)。

四、板翅式換熱器

板翅式換熱器是一種更為高效、緊湊、輕巧的換熱器，過(guò)去由于制造成本較高，僅用于宇航、電子、原子能等少數(shù)部門，現(xiàn)在已逐漸用于石油化工及其他工業(yè)部門，取得良好效果。

板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)形式很多，但是基本結(jié)構(gòu)元件相同，即在兩塊平行的薄金屬板之間，加入波紋狀或其他形狀的金屬翅片，將兩側(cè)面封死，即成為一個(gè)換熱基本元件。將各基本元件進(jìn)行不同的疊積和適當(dāng)?shù)呐帕?，并用釬焊固定，即可制成并流、逆流或錯(cuò)流的板束（或稱芯部），然后再將帶有流體進(jìn)出口接管的集流箱焊在板束上，即成為板翅式換熱器。我國(guó)目前常用的翅片形式有平直型翅片、鋸齒型翅片和多孔型翅片三種。

板翅式換熱器的板束及基本單元結(jié)構(gòu)

1，5—隔板；2，4—封條；3—翅片

優(yōu)點(diǎn)：是結(jié)構(gòu)高度緊密，輕巧，單位體積設(shè)備所提供的傳熱面一般能達(dá)到2500m2/m3，最高可達(dá)4300m2/m3。通常用鋁合金制造，故重量輕，在相同的傳熱面下，其重量約為列管式的十分之一。由于翅片促進(jìn)了流體的湍動(dòng)并破壞了熱邊界層的發(fā)展，故其傳熱系數(shù)較高。另外鋁合金不僅熱導(dǎo)率高，而且在零度以下操作時(shí)，其延性和抗拉強(qiáng)度都很高，適用于低溫和超低溫的場(chǎng)合，故操作范圍廣，可在200℃至絕對(duì)零度范圍內(nèi)使用。同時(shí)因翅片對(duì)隔板有支撐作用，板翅式換熱器允許操作壓強(qiáng)也比較高，可達(dá)5MPa。

缺點(diǎn)：設(shè)備流道很小，易堵塞，且清洗和檢修困難，故所處理的物料應(yīng)較潔凈或預(yù)先凈制；另外由于隔板的翅片均由薄鋁板制成，故要求介質(zhì)對(duì)鋁不腐蝕。