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换热器
换热器（heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。
中文名 换热器 外文名 heat exchanger 别 称热交换器 应用领域 化工、石油、动力、食品
发展
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备，化工，石油等近30多种产业，相互形成产业链条。数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业大的市场，其市场规模为150亿元；电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右；船舶工业换热器市场规模在40亿元以上；机械工业换热器市场规模约为40亿元；集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元，食品工业也有近30亿元的市场。另外，航天*行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电、多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器，这些市场约有130亿元的规模。国内换热器行业在节能增效、提高传热效率、减少传热面积、降低压降、提高装置热强度等方面的研究取得了显着成绩。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，2011年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10-15%左右的速度增长，到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。 [1]
分类
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：
一、按传热原理分类
1、间壁式换热器间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。间壁式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。间壁式换热器是目前应用为广泛的换热器。2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。4、直接接触式换热器又被称为混合式换热器，这种换热器是两种流体直接接触，彼此混合进行换热的设备例如，冷水塔、气体冷凝器等。5、复式换热器兼有汽水面式间接换热及水水直接混流换热两种换热方式的设备。同汽水面式间接换热相比，具有更高的换热效率；同汽水直接混合换热相比具有较高的稳定性及较低的机组噪音。 [1]
二、按用途分类
1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
换热器
3、过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
三、按结构分类
可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、u形管板换热器、板式换热器等。
热水供热系统
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以热水作为热媒的供热系统称为热水供热系统。热水供热系统的热能利用率较高，输送时无效损失较小，散热设备不易腐蚀,使用周期长，并且散热设备表面温度较低，符合卫生要求。供热系统中流量、压力的分布状况称为系统的水力工况。供热系统供热质量的好坏，与系统的水力工况有着密切联系。普遍存在的冷热不均现象，主要原因就是系统水力工况失调所致。
中文名 热水供热系统 外文名 hot water heating system 热 媒 热水 优 点 热能利用率较高、使用周期长等 性 质 科学 冷热不均原因 水力工况失调
目录
1 简介
2 热力系统
3 热水供热系统存在的隐患
简介
热电厂送出的热网水是由热电厂的蒸汽通过表面式热网加热器进行加热的。热水供热系统由热网加热器、热网循环水泵、热网加热器的疏水泵、热网补水泵等设备及其连接管道构成。一般热网加热器采用两个串联的方式实行多级加热，以充分利用低压抽汽，提高热电联产的经济性。加热用蒸汽的抽汽压力较低者为基本加热器，在供热期内一直投运，其出口水温可满足热网大多数情况下的需要。加热用蒸汽的压力较高者为尖峰加热器，在供热期的少数时间内，当基本加热器的出口水温不能满足需要时投入，以进一步提高水温。尖峰加热器的汽源根据优秀热化系数和机组的选型，采用汽轮机的较高压力的抽汽或主蒸汽减温减压后供给。有时根据情况设尖峰热水锅炉以满足尖峰热负荷的需要。
热力系统
热网加热器的工作原理与结构与回热加热器相同，但其容量和换热面积较大。经投资和运行费用的比较，它的端差选择在10℃左右，比回热加热器要大很多。同时由于供热水的水质较差，一般采用直管束，以便于清洗。
热网加热器的疏水按照温差引起的做功能力损失小的原则，汇入汽轮机回热系统，即汇入与本加热器共用同一抽汽的那一级回热加热器的水侧出口。若采用多级热网加热器加热，一般它们之间采用疏
图1 高参数热电厂热网加热器的原则性热力系统
图1 高参数热电厂热网加热器的原则性热力系统
水逐级自流的方式，再按上述原则汇入回热系统。图1（1-基本热网加热器；2-尖峰加热器；3-热网水泵；4-热网凝结水泵；5-尖峰热水炉；6-循环水泵；7-凝汽器内热网水加热管束；8-疏水冷却器）为高参数热电厂热网加热器的原则性热力系统。图2为两级热网加热器的全面性热力系统。
图2 为两级热网加热器的全面性热力系统
图2 为两级热网加热器的全面性热力系统
热水供热系统存在的隐患
（1）初期供热，供热系统不做调试。整个系统的调试工作如果没有做，系统的末端用户有不热的现象，由于当时天气暖和，反应不强烈，到天气转冷时，供热矛盾就突显出来。
（2）整个供热系统失水情况严重，导致供热系统末端压力较低，影响供水温度。
（3）供热水质中存在大量悬浮物，悬浮物重量浓度大，在系统压力小流速低的地方就会出现沉积形成污泥，大量形成的水垢、铁锈渣使循环水中的管道堵塞情况严重，在系统末端的散热器支线管道 dn25、dn20 及阀门处管道结垢现象严重，管径流量严重变小，引起热气不热。
（4）供热热水水质不是很理想，影响管道设备使用寿命。
（5）供热系统中氧腐蚀影响管道设备使用寿命。
（6）热水供热管道停用期间的内部腐蚀。
再生资源回收利用技术开发投入严重不足。由于资金投入少，技术开发能力弱，导致废旧物资加工处理工艺落后，技术及装备水平极低，一些与再生资源加工处理相伴的环境污染物未能妥善处理。即使是先进适用的技术，也由于缺少资金而难以推广应用。大部分再生资源的加工处理技术还十分落后，与资源综合利用和环境保护的要求差距甚远。
热网加热器
热网加热器是热网系统的关键设备，是热电厂的主要辅助设备之一，其主要功能是利用汽轮机的抽汽或从锅炉引来的蒸汽(加热介质)来加热热水供应系统中的循环水以满足供热用户要求。
中文名 热网加热器 外文名 heat grid heater 功 能 加热循环水以满足供热用户要求 本 质 热网系统的关键设备 性 质 科学
目录
1 热网加热器分类
2 壳管式汽-水换热器
3 板式换热器
4 混合淋水式汽-水换热器
5 喷射式汽-水换热器
热网加热器分类
按加热介质分：热网换热器可分为汽-水换热器，水-水换热器两种。
按换热方式分：热网换热器可分为表面式和混合式两种类型。
按结构形式分：固定管板式、u形管式和浮头式三种基本形式。
按安装形式分：卧式和立式两种。
按换热管的类型分：有光管、波节管和螺纹管等。
壳管式汽-水换热器
(1)固定管板式汽一水换热器。如图1(a)（1-外壳；2-管束；3-固定管栅板；4-前水室；5-后水室；6-膨胀节；7-浮头；8-挡板；9-蒸汽入口；10-凝水出口；11-汽侧排汽管；12-被加热水出口；13-被加热水入口；14-水侧排汽管）所示。壳管式汽一水换热器主要包括以下几个部分：带有蒸汽出口连接短管的圆形外壳，由小直径管子组成的管束，固定管束的管栅板，带有被加热水进出口连接短管的前水室及后水室。蒸汽在管束外表面流过，被加热水在管束的小管内流过，通过管束的壁面进行热交换。管束通常采用铜管、黄铜管，导热性能好，耐腐蚀，但造价高。一般超过140℃的高温热水加热器好采用钢管。为了强化传热，通常在前水室、后水室中间加隔板，使水由单流程变成多流程，流程通常取偶数，这样进出水口在同一侧，便于管道布置。
固定管板式汽-水换热器结构简单，造价低。但蒸汽和被加热水之间温差较大时，由于管壳、管子膨胀性不同，热应力大，会引起管子弯曲或造成管束与管板、管板与管壳之间开裂，导致管束泄漏；此外，管间污垢较难清理，可能发生堵塞。这种型式的汽水换热器只适用于温差较小、压力较低、结垢不严重的场合。
为解决外壳和管束热膨胀不一致的缺点，常需在壳体中部加波形膨胀节，以达到热补偿的目的，图1(b)所示为带膨胀节的壳管式汽-水换热器。
此外，换热器的换热管采用波节管或螺纹管。波节管或螺纹管都是高效传热元件，由它制成的换热器，在流体流速不高、流体阻力不大的情况下改变流体的流动状态形成强烈的湍流，大大提高了管内外放热系数；尤其在汽水换热时，冷凝水沿槽沟流下从而降低了换热管外侧水膜的厚度，这同样提高了管内外放热系数。使得换热器的总传热系数大大提高。经测试，汽一水换热时总传热系数可达到：4500～6000w/(m·℃)。总传热系数高，单位体积传热面积大，因此占地面积大大减小。
由于采用波节管或螺纹管，改变了流体的流动状态，使得流体对管壁有较强的冲刷作用；换热管束产生低频颤动，破坏了污垢沉积的条件，阻止水垢形成，具有自动除垢、防垢的功能。因此换热管不易结垢，热网加热器能够保持长期高效率运行。换热管的波节或螺纹类似膨胀节，有热应力的补偿能力，可以在受热膨胀时消除由于管壳和管子程受不同的温度影响而产生的热胀力，从而避免了加热器的热应力破坏，不易泄漏。
(2)图1(c)所示为u形管式汽-水换热器，其结构是将管子弯成u形，再将两端固定在同一管板上。由于每根管子均可自由伸缩，解决了热膨胀问题，且管束可以从壳体中整体抽出进行管间清洗。缺点是管内污垢无法机械清洗，管板上布置的管子数目少，使单位容量和单位质量的传热量少。多用于换热温差较大，管内流体不易结垢的场合。
(3)图1(d)所示为浮头式汽-水换热器。为解决热应力问题，可将固体板的一端不与外壳相连，不相连的一头称为浮头，浮头通常封闭在壳体内，可以自由膨胀。浮头式汽-水换热器除补偿好外，还可以将管束从壳体中整个拔出，便于清洗。 [1]
图1 壳管式汽一水换热器
图1 壳管式汽一水换热器
板式换热器
板式换热器是一种新型的热交换器，它质量轻、体积小，传热效率高，拆卸容易，已得到广泛应用。如图2（1-加热板片；2-固定盖板；3-活动盖板；4-定位螺栓；5-压紧螺栓；6-被加热水进口；7-被加热水出口；8-加热水进口；9-加热水出口）所示，它是由许多传热板片叠加而成，板片之间用密封垫密封，冷、热水在板片之间流动，两端用盖板加螺栓压紧。
图2板式换热器
图2板式换热器
换热板片的结构型式有很多种，板片的形状既要有利于增强传热，又要使板片的钢性好。板式换热器传热系数高，结构紧凑，适应性好，拆洗方便，节省材料。但板片间流通截面窄，水质不好形成水垢或沉积物时容易堵塞，密封垫片耐温性能差时，容易渗漏和影响使用寿命。 [1]
混合淋水式汽-水换热器
混合淋水式汽-水换热器如图3（1-壳体；2-淋水板）所示。蒸汽从换热器上部进入，被加热水也从上部进入，为了增加水和蒸汽的接触面积，在加热器内装了若干级淋水盘，水通过淋水盘上的细孔分散地落下和蒸汽进行热交换，加热器的下部用于蓄水并起膨胀容积的作用。淋水盘式汽一水加热器可以代替热水供暖系统中的膨胀水箱，同时还可以利用壳体内的蒸汽压力对系统起到定压作用。 [1]
图3 淋水式换热器
图3 淋水式换热器
淋水式换热器换热效率高，在同样负荷时换热面积小，设备紧凑。但是，由于汽水直接接触换热，供热蒸汽的凝结水不能回收，增加了供热系统的热损失和工质损失，还会增加集中供热系统热源处水处理设备的容积。 [1]
喷射式汽-水换热器
图4（1-外壳；2-喷嘴；3-泄水栓；4-网盖；5-填料水）为喷射式汽-水换热器。喷射式汽-水换热器可以减少蒸汽直接通入水中产生的振动和噪声。蒸汽通过喷管壁上的倾斜小孔射出，形成许多蒸汽细流，并和水迅速均匀地混合。在混合过程中，蒸汽多余的势能和动能用来引射水做功，从而消耗了产生振动和噪声的那部分能量。蒸汽与水正常混合时，要求蒸汽压力至少应比换热器入口水压高0.1mpa以上。喷射式汽一水换热器体积小，制造简单，安装方便，调节灵敏，换热温差大，运行平稳。但换热量不大，一般只用在热水供应和小型热水供暖系统上。用于供暖系统时，多安装在循环水泵的出水侧。
列管式换热器
列管式换热器 [1] （tubular exchanger）是目前化工及酒精生产上应用广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。
中文名 列管式换热器 外文名 tubular exchanger 种 类 固定管板式 学 科 物理 分 类 器械 学 科 热力工程
目录
1 种类
? 固定管板式
? 浮头式
? 填料函式
? u型管式
? 涡流热膜
? 折流挡板
? 多壳程
2 技术参数
3 渗漏解析
4 试漏方法
5 清洗
6 渗漏解决
7 设计注意
种类
固定管板式
列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。
浮头式
换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。
填料函式
这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。
u型管式
u形管式换热器，每根管子都弯成u形，两端固定在同一块管板上，每根管子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。
涡流热膜
涡流热膜换热器采用新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。高可达10000w/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。
据【换热设备推广中心】的资料显示，涡流热膜换热器的大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间，换热管和壳体之间流动关系，不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流，而是靠换
列管式换热器
列管式换热器
热管之间自然诱导形成交替漩涡流，并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好，不会彼此碰撞，既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题，又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。
涡流热膜换热器性能特点：
1.高效节能，该换热器传热系数为6000-8000w/m2.0c；
　　2.全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上,十年内出现换热器质量问题免费更换；
　　3.改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻；
　　4.换热速度快，耐高温（400℃），耐高压（2.5mpa）;
　　5.结构紧凑，占地面积小，重量轻，安装方便，节约土建投资；
　　6.设计灵活，规格齐全，实用针对性强，节约资金；
　　7.应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换；
　　8.维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便。
　　9.采用纳米热膜技术，显着增大传热系数。
　　10.应用领域广阔，可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。
涡流热膜换热器性能对比：
对比项目
浮动盘管换热器
螺纹管换热器
涡流热膜换热器
适用介质种类
蒸汽、水
蒸汽、水
弱腐蚀性化工原料、蒸汽、水
介质的参数范围
温度：0-150度
压力：0-1.0mpa
温度：0-150度
压力：0-1.6mpa
温度：-40-400度
压力：0-10.0mpa
热效率
热效率=92%
热效率=93%
热效率=96%
防垢性能
自动除垢
人工除垢
具有防垢功能
耐震、噪音
振动较大，噪音大
振动较小，噪音小
振动微弱，噪音小
试用寿命
7年左右
10年左右
20年左右
维修
停机维修，更换管束
停机维修，拔管再胀管
无需维修
折流挡板
为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。
多壳程
列管式换热器必须从结构上考虑热膨胀的影响，采取各种补偿的办法，消除或减小热应力，根据所采取的温差补偿措施。