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一、概述二、换热器的分类与结构形式三、换热器的选型和提高热效率的途径四、板式换热器的常见问题与维修目录一、概述1、换热器的定义以在两种流体之间用来传递热量为基本目的的装置统称换热设备，又称换热器（热交换器）。2、功能主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率、回收利用余热、废热和低位热能。3、应用换热器的应用十分广泛，它是化工、炼油、动力、原子能、轻工、食品制药和机械制造等行业广泛使用的一种通用设备。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。二、换热器的分类与结构型式2.1、换热器的分类2.1.1按作用原理和传热方式分类1）直接接触式换热器冷热流体直接接触，相互混合传递热量。特点是结构简单，传热效率高。适用于冷热流体允许混合的场合，如凉水塔、洗涤塔文氏管及喷射冷凝器等。2）蓄热式换热器借助热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体接受热量，然后与冷流体接触，将热量传递给冷流体，从而达到换热目的。特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能避免冷热两种流体的混合。适用于高温气体热量的回收与冷却。如回转式空气预热器。3）间壁式换热器（表面式换热器、间接式换热器）冷热流体被固体避免隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传递给冷流体。形式多样。应用广泛。适用于冷、热流体不允许混合的场合。如各种管壳式、板式换热器。2.1.2、按用途分类1）加热器用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。2）预热器用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。3）过热器用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。4）蒸发器用于加热液体，使其蒸发汽化。5）再沸器用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。为蒸馏过程专用设备。6）冷却器用于冷却流体，使其达到所需温度。7）冷凝器用于冷凝饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化。2.1.3、按传热面形状和结构分类1）管式换热器通过管子壁面进行传热的换热器。按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。应用广泛。2）板式换热器通过板面进行传热的换热器。按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式换热器等3）特殊形式换热器根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。如回转式、热管、同流式换热器等。2.1.4、按所用材料分类1）金属材料换热器由金属材料加工制成的换热器。因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。2）非金属材料换热器由非金属材料加工制成的换热器。常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。因非金属材料导热系数小，故此类换热器的传热效率低。常用于具有腐蚀性的流体。2.2、换热器的结构形式2.2.1、管式换热器的结构形式2.2.1.1、列管式换热器（管壳式换热器）它结构比较紧凑，单位体积所具有的传热面积大（40～150平方米/立方米），传热效果好，适应性强，操作弹性较大，尤其适用于高温、高压和大型装置中，是管式换热器中应用最普遍的换热器。在列管换热器中，由于管内外流体温度不同，使管束和壳体的受热程度不同，导致它们的热膨胀程度出现差别。若两种流体温差较大，就可能由于热应力而引起设备变形，管子弯曲甚至破裂，严重时从管板上脱落。因此，当两种流体的温度超过50℃时，就应当从结构上考虑热膨胀的影响，采取相应的热补偿措施。根据热补偿方式的不同，列管换热器分为三种形式：2.2.1.2、蛇管式换热器2.2.1.3、套管式换热器2.2.1.4、翅片管式换热器2.2.2、板式换热器二十世纪20年代，APV公司设计了可以成批生产的板式换热器，板式换热器得以发展，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意，如316L、254SMO、镍、哈氏合金以及钛等逐渐应用于换热器板材。上世纪60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代以后，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，焊接式换热器和板壳式换热器的也得到了快速发展。我国从1960年开始研制板式换热器，上世纪八、九十年代迅速发展，到目前为止，国内已有近百家板式换热器生产厂家，板框式换热器、板翅式换热器、钎焊式换热器、全焊接板壳式换热器等产品已用于许多领域。由于板式换热器具有换热效率高、体积小、造价低等优越性，所以在许多场合逐步取代了管式换热器。人们把以板片作为传热体的换热器，称为板式换热器。本课程重点介绍此类换热器。1、可拆式板式换热器可拆式板式换热器是由一组冲压成为凸凹波纹状的金属板片（一般0.4～0.8mm)排列在一起，通过上下两根拉杆将传热部分固定在固定板（框架板）和活动板（挤压板）之间，并用长的螺栓紧固。每张传热板片为一个传热单元，有4个角孔，板片周边张贴合成橡胶类的密封垫片，其中一对圆孔和板间流道相通，而另外一对圆孔由垫片相隔，相邻的板片的流道分别错开以形成两流体的通道，高温流体和低温流体流过各传热板片间的流道时进行热交换。板式换热器的主要特点是:1)传热系数高板式换热器具有较高的传热系数，一般约为管壳式换热器的3～5倍。主要原因是板片的波纹能使流体在较小的流速下产生湍流，湍流效果明显（雷诺数约为150时即为湍流），故能获得较高的传热系数。2)对数平均温差大板式换热器两种流体可实现纯逆流，一般为顺流或逆流方式。但在管壳式换热器中，两种流体分别在壳程和管程内流动,总体上是错流的流动方式,降低了对数平均温差。板式换热器能实现温度交叉，末端温差能达到1℃；管壳式换热器末端温差只能达到5℃。3）NTU大NTU表示相对于流体热容流量，换热器传热能力的大小。例如对于已定的传热系数K和热容量GCp值，NTU的大小就意味着换热器尺寸的大小，即传热面积的大小。管壳式换热器的NTU约为0.2～0.3（平均0.25）。板式换热器的NTU约为1.0~3.0（平均2.0），因此板式换热器结构紧凑、体积小。4）污垢系数低污垢系数约为管壳式换热器的1/10。其原因是板间流体的剧烈湍动，杂质不易沉积；板间流道死区少；不锈钢换热面光滑，附着物少；清洗容易等。5）能实现多种介质换热若要进行两种以上介质换热时，则可在板式换热器中设置中间隔板。视换热介质的数目，中间隔板可设置一个，也可设置多个。管壳式换热器无法实现多种介质换热。6）清洗方便把板式换热器的压紧螺柱卸掉后，即可松开板束，卸下板片，进行机械清洗。7）缺点允许的操作压力和温度低，操作压力高时容易造成板片变形和泄漏，操作温度高时，容易造成胶垫软化变形和泄漏，且胶垫快速老化。通常操作温度不宜超过130℃。2、螺旋板式换热器4、焊接式板式换热器焊接式板式换热器是在板式换热器基础上发展起来的一种能适合较高温度和压力的换热器，它板间的密封不用橡胶垫，而是采用金属焊接的形式，具有板框式换热器换结构紧凑、热效率高的特点，但容易堵塞、清洗困难，不宜检修。三、换热器的选型和提高热效率的途径在实际的生产中，我们会遇到各种各样的换热工况，为了提高要换热效率、节能降耗，同时要保证安全生产，合理选择换热器是十分重要的。3.1、换热器选型选择换热器需注意的三个基本参数1）换热介质的温度2）工作压力3）介质物性前面我们提到了各种类型的换热器，实际上都是为各种换热工况而设计的，管式换热器具有能适应高温、高压场合换热的特点，但是换热效率相对板式换热器而言要低，且体积较大。板式换热器具有结构紧凑、换热效率高的特点，但其不适用于高温高压的换热场合。对于介质是否具有腐蚀性，是否含有纤维或颗粒等易堵塞物，是否容易结垢等物性，也是换热器选型要考虑的关键因素。如果介质具有腐蚀性，就要合理选择耐腐的换热材料。如果介质含有纤维或颗粒等易堵塞物，由于板式换热器流道较小，就更容易堵塞和磨损。如果介质容易结垢，就应选择容易拆卸和清洗的换热器。3.2、提高换热效率的途径——强化传热过程传热计算的基本公式：其中：Q为换热量；K为换热系数；S为换热面积；△tm为对数平均温差。1、增大传热面积（1）提高流速，增加雷诺系数。如增加折流层数。（2）增加流体的扰动。如采用浅密波纹。四、板式换热器的常见问题的处理4.1、清洗换热器的清洗通常可采用在线清洗或小循环清洗装置清洗，对于油类残留物和脂肪，可用烧碱液和酸液（通常为磷酸或硝酸）循环清洗，碳氢类沉淀物可用烷族溶液循环清洗，必要时可拆开换热器用软刷子刷洗。注意：天然橡胶，丁基橡胶以及三元乙丙橡胶制成的垫片与有机溶液接触会膨胀。接触时间应限制在0.5小时内。用于布擦干或用清水漂洗大污垢/微生物-粘质物/水垢/沉淀物。4.2、金属板片与固定板间发生介质泄漏现象操作：在发生泄露的地方作上标记，然后打开换热器。（1）检查最后一块金属板上的垫片及连接处，看是否有错位，杂物，裂痕，或其它损伤。（2）检查活动盖板上是否受力不均，或板上有杂物附着，以致于有可能破坏垫片与邻近面的连接。（3）检查金属板本身是否出现裂缝或孔眼。安装校正：1）●重新安装垫片。●排出杂物。●更换破损的垫片。●如果合适的话,更换连接处的垫片。2）排出影响垫片与活动盖板连接的杂物。3）带有裂缝或孔眼的金属板必须更换掉。4.3、法兰与框架板之间有介质泄漏操作：（1）拆开换热器，检查法兰与接口是否对中，检查法兰内接口和管道是否有砂眼或裂纹，内衬垫片是否错位或破损，垫片或法兰表面是否有杂物。校正：●重新安装管道，以消除应力及校直。●重新安装垫片。●如果合适的话,更换连接处垫片。●清除法兰与垫片间的异物。●重新安装，注意法兰与接口对中。4.4、金属板之间的介质外泄现象操作：请注意：对于高温操作而特殊设计的板式换热器，极度的或突然的温降有时会造成一时的泄漏，突然切断热介质流体就是典型的例子，一旦温度稳定，换热器通常会恢复密封状态。在发生泄漏的两块金属板上做记号，检查并记下固定盖板内侧与活动盖板内侧的距离，然后拆开换热器。（1）检查垫片是否松脱，错位或破损。（2）检查发生泄露的金属板片，对照图纸校核金属板组装尺寸，看是否可能由于组装过紧而引起金属板或垫片损坏，或只是由于组装得不够紧而发生泄漏。（3）检查金属板两端的悬挂凹口是否变形，凹口处的变形会引起金属板间发生不对中。（4）检查板片边缘密封槽处是否有裂纹(腐蚀)。校正：1）●重新安装垫片。●重新粘结松脱的垫片。●更换破损的垫片。2）在多数情况下，破损的金属板必须卸下修理或更新，若是带有四个孔的金属板:将破损的金属板和其后面的一块四孔金属板撤下来。只要换热器重新组装后的新尺寸比图纸上的尺寸小二块板的距离，换热器重新组装后便可以投入运行。换热面积的略微减小通常不太重要，至少是短时间内。4.5、介质间发生混淆现象操作：（1）检查换热器上各管道接口位置是否正确。（2）将一侧下部接口打开，提高另一侧的压力，观察打开的接口，看是否有被加热侧介质渗入，如果有渗漏，位置在哪儿，如果没有渗漏,则可以从其他方面寻找介质混淆的原因。（3）如果查出有渗漏，注意渗漏发生在金属板组件的什么位置，然后打开换热器金属板组件。（4）在检查金属板之前，首先检查大垫片与环型垫片间的角落区是否清洁，其漏孔是否通畅。这可确保任何泄漏都可排至大气，故不会构成压力使介质从垫片密封处渗入另一介质中。（5）如果不可能按照上述第2条确定泄漏位置，则可按照下列任意一种方法对每块板片进行检查，看是否有孔眼：在金属板后面用强光束照射