热交换器的类型及其选择(PDF)

热交换器是一种用于在流体之间交换热量的机械装置。用于传热操作的流体可以是气相或液相，视情况而定。用于传热操作的流体数量可以是两种或两种以上。适当设计的热交换器可用于加热和冷却操作。

换热器广泛应用于化工厂、制冷空调系统、石油化工设施、食品饮料工业、核电和电力工业。由于热交换器没有任何旋转部件，所以被称为静态设备。大多数热交换器是根据ASME BPVC Sec VIII代码或TEMA指南设计的。

热交换器通常由耐热材料制成。一些最常见的热交换器材料是碳钢，不锈钢，合金钢，铝，铜，钛，DSS，哈氏合金，陶瓷，复合塑料等。在本文中，我们将了解热交换器的分类。

热交换器分类

热交换器的分类取决于几个因素，如

• 流的配置,
• 通过配置
• 传热机理，
• 施工方法,
• 功能及应用，
• 流体相等等。

A.基于流量配置的换热器类型

流动配置简单地指的是在热交换器内提供的安排(路径)。这是热交换器流体流动方向的指示。换热器的流动配置有以下四种类型:

1. 顺流流
2. 逆流流
3. 交叉流动，以及
4. 混合流

共流热交换器:

共流热交换器也被称为平行流热交换器。在这种类型的热交换器中，流体流的流动是相互平行的，工作流体在同一方向移动。共流热交换器在热交换器壁面上提供热均匀性，通常效率较低。

逆流式换热器:

流体方向平行但相反(发散)的热交换器被称为逆流型热交换器。它们通常具有最高的热交换和最大的温度变化。

横流热交换器:

当换热器内部的流体流动相互垂直(流动时形成直角~ 90°)时，称为横流换热器。在效率方面，横流式换热器的效率优于平行流配置式换热器。

混合流式换热器:

混合流配置使用上述流配置的组合，即共流、逆流或横流，任何提到的组合都可以在单个工艺中使用。为了适应单一类型换热器的局限性，产生了这种类型的换热器。

B.根据传热机理划分的换热器类型

根据换热过程，换热器分为直接接触式换热器和间接接触式换热器。

直接接触式换热器:

这种类型的热交换器不包含用于传热过程的不同流体的壁管。流体直接接触，彼此交换热量，并通过各自的出口喷嘴或管道排出。由于直接热交换，可以达到非常接近的温度。例子:直接接触式工艺由冷却塔、减热器和洗涤器组成。

间接接触式换热器:

这种类型涉及热和冷流体之间的热交换穿过建筑墙(分离墙通常使用管子/管道/容器)。由于壁面分离了流体，它们在整个传热过程中不会混合。

间接接触式热交换器进一步分为

• 直接转移式，
• 存储类型、和
• 流化床型。

直接传热式换热器:这种类型的热交换器由每个流体的单独路径组成，包括它们各自的通道。热传递是基于温度梯度(差)。直接传递式热交换器也称为调温器。从热流体到冷流体发生连续的热交换。

直接传递式热交换器的例子是管壳式换热器(STHE)，板式热交换器电力工程中使用的管式热交换器和节能器。

储热式换热器:这种类型的热交换器提供了一个固定的床区，流体将通过每个床。热流体和冷流体分别经过各自的床层，在进口处设置阀门，调整出口使热流体通过冷却床层，冷流体通过热床层，通过该机构进行换热。

存储类型示例:空气预热器是一个合适的例子,这种类型的换热器,空气带进APH &热流体加热的热水器排放烟气通过堆栈,这需要采取高温烟气排放给加热器效率较低所以烟气温度降低的环境空气温度增加APH出口,因此烟气温度降低,烟气和空气同时通过对方。

流化床类型:流化床式热交换器由两室组成;在每段(即热气、冷空气)的入口分配器板上分别放置一个热流体和冷空气。床上全是氧化铝托盘。高温气体导致氧化铝落入主要用于加热冷空气的较低的腔室。它被热气加热这些热气在上面的腔室流动。再循环路径或安排被纳入循环再造的目的。

在流化床热交换器中，固体颗粒或托盘放置在底部，在低工作流体速度下流体通过托盘床，高速使固体颗粒在整个截面体积中漂浮，因为流体的阻力大于流体的重量。

C.根据通道配置的换热器类型:

根据热交换器中使用的通道配置，它们可以分为以下任何一种类型:

单次热交换器:在这种类型的热交换器中，流体可以通过一次热交换器的长度。

多道换热器:这种类型的通过安排利用U弯和流体移动通过热交换器长度不止一次。多通道换热器的设计涉及一系列的管。

D.基于可用流体相的热交换器类型:

根据传热过程中所涉及的流体介质相，发现了三种类型的热交换器。他们是

1. 气-液:这一类型涉及到应用于压缩机的冷却油的布置要求。
2. 液体-液体:这种类型的热交换器在过程工业中使用非常普遍。管壳式换热器就是一个常见的例子。
3. 气体-气体:这种类型的热交换器用于需要通过APH(空气预热)进行空气预热的过程中。

E.基于功能和用途的换热器分类

根据工艺功能和应用的不同，换热器有以下几种类型:

• 换热器
• 冷却器
• 冷凝器
• 冷却装置
• 气
• 不燃加热器
• 蒸发器
• 蒸汽发生器

F.热交换器的结构分类

根据换热器的结构特点，可分为以下几种不同类型:

• 管壳式换热器
• 板式换热器
• 风冷式热交换器
• 螺旋热交换器
• 翅片管换热器
• 双管换热器

热交换器的选择

从这些不同的选择中选择合适的热交换器是一项艰巨的任务。特定类型换热器的选择通常由工艺工程师在设计阶段完成。在选择合适的热交换器时，必须考虑许多参数。这些影响换热器选择过程的因素有:

• 流体的类型、流体流及其特性(流体的污垢特性)
• 期望的热输出(温度驱动力)
• 尺寸限制(平面图和布局限制)
• 应用程序
• 设计和操作压力和温度
• 可用的工具
• 成本
  • 采购成本
  • 安装成本
  • 运营成本
  • 维护成本

一般来说，在所有安装的热交换器中，超过50%是壳管式热交换器。下面的图像提供了一个热交换器的选择如何随设计温度和压力变化的粗略想法。