换热器是个哪个东西？

换热器作为工艺过程必不可少的单元设施，广泛地应用于石油、化工、动力、轻工、机械、冶金、交通、制药等项目领域中。

据统计，在现代炼油化工企业中，换热器投资约占装置建设总投资的30%~40%；在合成氨厂中，换热器约占全部设施总台数的40%。由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着重要的影响。

一、换热器的分类

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按换热器的用途分类

(1)加热器：加热器用于把流体加热到所需的温度，被加温流体在烘烤过程中不出现相变。

(2)预热器：预热器用于流体的预热，以提升整套工艺装置的效率。

(3)过热器：过热器用于烘烤饱和蒸汽，使其超过过载状态。

(4)蒸发器：蒸发器用于烘烤液体，使之蒸发气化。

(5)再沸器：再沸器是脱臭过程的专用仪器，用于烘烤已冷凝的液体，使之再受热汽化。

(6)冷却器：冷却器用于冷却流体，使之超过所必须的温度。

(7)冷凝器：冷凝器用于冷凝饱和蒸汽，使之放出潜热而凝结液化。

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按换热器传热面形状和结构分类

(1)管式换热器：管式换热器通过水管壁面进行换热换热器是做什么的，按导热管的结构不同，可分为列管式换热管、套管式换热器、蛇管式换热器等几种。管式换热器应用最广。

(2)板式换热器：板式换热器通过板面进行换热，按传热板的结构方式，可分为平板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和热板式换热器。

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按换热器所用材料分类

(1)金属材料换热器：金属材料换热器是由塑料材料制成，常用金属材料有铸铁、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。

由于金属材料的热导率较大，故该类换热器的传热效率较高，生产中用到的主要是塑料材料换热器

(2)非金属材料换热器：非金属材料换热器由非金属材料制成，常用非金屑材料有云母、玻璃、塑料或者陶瓷等。

该类换热器主要适于具有腐蚀性的物料由于非金属材料的热导率较小，所以其传热效率较低。

二、换热器结构与性能特征

（一）

管式换热器的结构方式

1、管壳式换热器：

管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。

它具备结构简洁、坚固美观、造价昂贵、用材广泛、清洗方便、适应性强等特点，应

用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。管壳式换热器根据结构特征分为以下几种。

（1）固定管板式换热器

它由外壳、管束、封头、管板、折流挡板、接管等组件构成。其构架特点是，两块管板分别焊于外壳的两端，管束两端固定在管板上。

整个换热器分为两个别：换热管内的通道及与其两端相贯通处称为管程；换热管外的通道及与其相贯通处称为壳程。冷、热传质分别在管程和壳程中连续

流动，流经管程的流体称为管（管程）流体，流经壳程的流体称为壳（壳程）流体。

若管流体一次借助管程，称为单管程。当换热器换热面积较大，所需管子数量众多时，为提升管流体的流速，常将换热管平均分为若干组，

使流体在管内依次往返多次，则称为多管程。管程数 可为2、4、6、8， 太大，虽增加了管流体的流速，从而减少了管内对流传热系数，但同时会导

致流动阻力减小。因此，管程数不宜过多，通常以2、管程最为常见。

壳流体一次通过壳程，称为单壳程。为提升壳流体的流速，也可在与管束轴线垂直方向摆放纵向隔板使壳程分为多程。壳程数 即为壳流体在壳程内沿转轴轴向往、返的次数。

分程可使壳流体速度减少，流程增长，扰动加剧，有助于强化传热。但是，壳程分程不仅使流动阻力减小，且制造安装较为困难，故工程上应用较少。

为改善壳程换热，通常采取折流挡板，通过设定折流挡板，以超过实现提高传热的目的。

固定管板式换热器的优点是构架简单、紧凑。在同样的壳体厚度内，排管数最多，旁路最少；每根换热管都可以进行替换，且管内清洗方便。

其特点是壳程不能进行机械清洗；当换热管与组件的温差较大（大于50℃）时造成温度载荷，需在箱体上设置膨胀节，因而壳程压力受膨胀节强度的限制不能太高。

固定管板式换热器适用于壳方流体清洁且不易结垢，两流体温度不大或湿度较大但壳程压力不高的场合。

（2）浮头式换热器

浮头式换热器浮其构架特点是两端管板之一不与组件固定联接，可在箱体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是当换热

管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差载荷；管束可从底座内抽出，便于管内和管间的清洗。其特点是结构较复杂，

用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板之间若密封不严，发生内漏，造成两种介质的混合。浮头式换热器适用于壳体和管束壁温差较大或壳程介质易偏析的场合。

（3）U 型管式换热器

U 型管式换热器其构架特点是只有一个管板，换热管为 U 型，管子两端固定在同一管板上。管束可以自由伸缩，当外壳与 U 型换热管有温度时，不会产生温差应力。

U 型管式换热器的优点是结构简洁，只有一个管板，密封面少，运行靠谱，造价低；管束可以抽出，管间清洗方便。

其特点是管内清洗非常困难；由于管子必须有必定的弯曲直径，故管板的利用率较低；管束最外层管管径大，壳程易漏电；内层管子坏了不能更换，因而报废率较高。

U 型管式换热器适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易开裂，而管程介质清洁不易结垢以及低温、高压、腐蚀性强的场合。一般低温、高压、腐蚀性强的介质走管内，可使高压空间增大，密封易缓解，并可节省材料和提高热损失。

（4）填料函式换热器

填料函式换热器其结构特征是管板只有一端与外壳固定联接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引

起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造便捷，耗材少，造价低；管束可从壳体内抽出，管内、管间均能进行清洗，

维修方便。其特点是填料函耐压不高，一般大于4.0MPa；壳程介质可能通过填料函外漏，对可燃、易爆、有毒和贵重的介质不适用。填料函式换热器

适用于管、壳壁温差较大或介质易开裂，需频繁清洗且压力不高的场合。

（5）釜式换热器

釜式换热器结构特征是在箱体下部设置适当的蒸发空间，同时兼有蒸汽室的作用。管束可以为固定管板式、浮头式或 U 型管式。

釜式换热器清洗修理方便，可处置不清洗、易结垢的介质，并能承受高温、高压。它适用于液-汽式换热，可作为最简结构的废热锅炉。

管壳式换热器除上述五种外，还有插管式换热器、滑动管板式换热器等其他类型。

2．蛇管式换热器

蛇管式换热器是管式换热器中结构最简洁，操作最方便的一种换热设备。通常根据换热方式不同，将蛇管式换热器分为沉浸式和喷淋式两类。

（1）沉浸式蛇管换热器

此种换热器多以金属管弯绕而成，制成适应容器的形状，沉浸在容器内的液体中。两种流体分别在管内、管外进行换热。

沉浸式蛇管换热器的优点是结构简洁、价格便宜、便于防腐蚀、能承受高压。其特点是因为容器的体积较蛇管的体积大得多，管外流体的传热膜系数较小，故常需加搅拌装置，以提升其传热效率。

（2）喷淋式蛇管换热器

此种换热器多用于冷却管内的热流体。固定在底座上的蛇管排列在同一平行面上，热流体自上部的管进入，由上部

的管流出。冷却水由管上面的喷淋装置中均匀地撒施在下层蛇管上，并顺着管外表面淋沥而下，降至下层蛇管表层，最后收集在排管的底盘中。该装

置通常置于室内空气流通处，冷却水在空气中气化时，可带走部分热量，以提升冷却效果。

与沉浸式蛇管换热器相比，喷淋式蛇管换热器具有检修清理方便，传热效果好等特点。其优点是直径庞大，占地面积大；冷却水量较大，喷

淋不易均匀。蛇管换热器因其结构简洁、操作便捷、常被用于制冷装置和大型制冷机组中。

3．套管式换热器

套管式换热器是由两种不同直径的直管套在一起组成同心套管，其内管用U型肘管顺次连接，外管与外管互相联结而成的

每一段套管称为一程，程数可按照传热面积规定而增减。换热时一种流体走内管，另一种流体走环隙，内管的壁面为传热面。

套管式换热器的优点是结构简单；能耐高压；传热面积可按照需要增减；适当地选择管内、外径，可使流体的流速减小，且两种流体呈逆流流动，有利于传热。

其特点是单位传热面积的金属耗量大；管子接头多，检修清洗不便于。此类换热器适用于高温、高压及小流量流体间的换热。

（二）

板式换热器的结构方式

1．平板式换热器

它是由一组长方形的薄金属板平行排列，夹紧组装于底座上方构成。两相邻板片的

边缘衬有螺栓，压紧后板间形成密封的流体通道，且可用垫片的厚度调节通道的大小。每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有两个圆孔和板面上的流道相通，另两个圆孔则不相通。

它们的位置在相邻板上是留出的，以分别产生两流体的通道。冷、热流体交替地在板片两侧流动，通过金属板片进行换热。

板片是板式换热器的核心组件。为使流体均匀流过板面，增加导热面积，并导致流体的湍动，常将板面冲压成凸凹的波纹状，波纹形状有几十种，常用的波纹形状有水平波纹、人字形波纹和圆弧形波纹等。

板式换热器的优点是构架紧凑，单位面积设施所提供的换热面积大；组装灵活，可按照需要增减板数以调节传热面积；板面波纹使截面变化复杂换热器是做什么的，流体的扰动作用提高，具有较高的传热效率；拆装便捷，有利于维修和清洗。

其特点是处理量小；操作压力和湿度受密封衬垫材料性能限制而不宜过高。

板式换热器适用于经常还要清理、工作环境要求非常紧凑，工作压力在2.5 MPa以下，温度在 -35℃~200℃场合。

2．螺旋板式换热器

它是由两张间隔必定的平行薄金属板卷制而成的。两张薄金属板形成两个同心的螺旋型通道，两板之间焊

有定距柱以保持通道宽度，在螺旋板两侧焊有套管。冷、热流体分别借助两条通道，通过薄板进行换热。

螺旋板式换热器的优点是螺旋通道中的流体由于惯性离心力的作用和定距柱的干扰，在较低雷诺数下即超过湍流，并且允许选择较高的流速，故传热系数大；

由于速度较高，又有惯性离心力的作用，流体中悬浮物不易沉积下来，故螺旋板式换热器不易结垢和阻塞；由于流体的流程长和两流体可进行完全逆流，故可在较小的温差下操作，能充分利用低温热源；结构紧凑，单位重量的传热面积约为管壳式换热器的3倍。

其特点是：操作频率和压力不宜太高，目前最高操作压力为2MPa，温度在400℃以下；因整个换热器为卷制而成，一旦发现泄漏，维修很困难。

3．热板式换热器

热板式换热器是一种新型高效板面式换热器，其导热基本单元为热板。其成型方式是按等阻力流动机理，将单层或多层塑料平板制件或滚焊成各种图形，并将边缘焊接密封组成一体。

平板之间在高压下充气形成空间，实现绝佳流动状况的流道结构方式。

各层金属板的厚度可以同样，亦可以不同，板数可以为单层或多层，这样就构成了多种热板传热表面形式，如不等厚双层板、等厚双层热板、三层不等厚热板、四层等厚热板等，设计时，可按照需要选择。

热板式换热器具有最佳的流动状况，阻力小，传热效率高；根据工程必须可制造成各类形状，亦可按照介质的性能采用不同的板材。

热板式换热器可适于加热、保温、干燥、冷凝等多种过程，作为一种新型的换热器，具有广阔的应用前景。

（三）

热管换热器的结构方式

以热管为导热单元的热管换热器是一种新型高效换热器，它是由外壳、热管和隔板构成的。热管作为主要的传热元件，是一种具有高导热性

能的传热装置。它是一种真空容器，其基本构成组件为基体、吸液芯和工作液。将外壳抽真空后充入过量的工作液，密闭箱体便构成一只热管。

当热源对其一端供热时，工作液自热源吸收糖分而蒸发气化，携带热量的蒸汽在压差作用下，高速传输至组件的另一端，向冷源放出潜热而凝结，冷凝液回至热端，再次沸腾汽化。

如此反复循环，热量乃不断从热端传至冷端。

热管

热管按冷凝液循环模式分为吸液芯热管、重力热管和离心热管三种。

吸液芯热管的冷凝液依毛细管的作用回到热端，这种热管可以在失重情况下工作；重力热管的冷凝液是依靠重力流回热端，它的传热具有单向性，一般为平行放置离心热管是靠离心力使冷凝液回到热端，通常用于翻转部件的冷却。

热管按工作液的工作频率分为深冷热管、低温热管、中温热管和高温热管四种。

深冷热管在200K以下工作，工作液有氮、氢、氖、氧、甲烷、乙烷等；低温热管在 200~550K 范围内工作，工作液有氟利昂、氨、、乙醇、水等；

中温热管在550~750K范围内工作，工作液有导热姆A、水银、铯、水及钾─钠混合液等；

高温热管在750K 以上工作，工作液有液体塑料钾、钠、锂、银等。

热管的传热特性是热管中的热量释放通过沸腾汽化、蒸汽流动和蒸气冷凝三步进行，由于沸腾和冷凝的对流传质效率都巨大，而蒸汽流动阻力损失又较小，因此热管两端温度差可以很小，即能在很小的温差下释放巨大的热流量。

因此，它非常适用于低温度传热及这些等温性要求较高的场合。

热管换热器具有结构简洁、使用寿命长、工作可靠、应用范围广等特点，可适于气─气、气─液和液─液之间的换热过程。返回搜狐，查看更多

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