换热器的评价与选择.docx
换热器的评价与选择换热器亦称热交换器，具有传热措施强，传热阻力小、传热能力大的特点，是充分节约现有能源，合理利用和开发新能源的关键设备，广泛应用于石油、化工、医药、食品、钢铁、供热等行业。笔者从几种常规换热器的特点和换热器强化传热的方式，分析换热器的节能效果，为换热器的选择和使用提供参考。一、换热器的基本特性换热器是一种应用广泛的热力设备，尤其是管式换热器和板式换热器在实际应用中仍占主导地位，笔者仅对这两种常用的换热器性能、效率进行分析比较，为换热器的选择和使用提供参考。1、管壳式换热器。管壳式（又称管式、列管式）换热器是典型的间壁式换热器，在换热器产品中占据主导地位。2、固定管板式换热器：固定管板式换热器主要由外壳、管板、管束、封头等主要部件组成。固定管板式换热器的结构简单、造价低廉、易于制造、管程检修及清洗方便，但壳程清洗困难。3、浮头式换热器：浮头式换热器一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板在壳体内可以移动，因此管束和壳体之间不存在温差应力。一般浮头能够拆卸，管束可以抽出和装入。浮头式换热器的结构特点，使其适用在管束和壳体有较大温差的工况，管束和壳体的清洗和检修方便，但结构比较复杂，密封要求也相对较高。4、“U”型管式换热器：U形管式换热器是将换热管加工成U形，两端固定在同一管板上。由于壳体和换热管分开，换热管可以自由伸缩，因而不存在温差应力。U形管式换热器结构比较简单，清洗方便，但由于换热管加工成不同半径的U形，除最外层U形管损坏后可以更换外，其它U形管损坏只能堵管，而且由于U形管受弯曲半径的限制，管束中心部分存在间隙，介质容易短路，从而影响传热效果。5、填料函式换热器：填料函式换热器的结构特点与浮头式换热器类似，在浮头与壳体接触面采用填料函式密封结构，使得管束在壳体内能够自由伸缩，不会产生壳壁与管壁热变形差造成的热应力。但其结构较浮头式换热器简单，制造方便，节约材料，造价低廉，清洗维修方便。缺点是填料处易发生泄漏，不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒等介质，使用温度也受填料的物性限制。6、板式换热器。板式换热器主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类。可拆卸板式换热器是一种新型高效换热器，它由冲压成波纹形状的金属薄板叠装而成，利用垫片密封，在板片之间形成介质通道，通过板片进行热量交换。可拆卸板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑、拆卸清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。可拆卸板式换热器的主要缺点是结构复杂、造价高，流道小、易堵塞。7、钎焊板式换热器是密封垫板式换热器的升级，它是由首、尾挡板及人字形波状板片组合而成，相邻板片的波纹板角朝向相反，板组件的波峰彼此交叉形成大量的接触点。通过真空钎焊，将钎焊材料熔化与基材形成合金，使板片间的每一个接触点都变成焊接点，这样既增强了换热器的强度，又提高了换热器的换热效率。二、两种换热器特性比较板式换热器与管式换热器相比具有以下优势：1、换热效率高。板式换热器是由波纹板片叠装构成的复杂流道，介质在流道内进行旋转三维流动，能在较低的雷诺数下产生紊流，因此传热系数较高，热效率是管式换热器的3到5倍。而且板式换热器只有板片的外壳板暴露在空气中，热损失极小，散热损失可以忽略不计，一般不需要保温措施，而管式换热器热损失大，需要加装保温层。2、对数平均温差大。板式换热器多采用逆流流动方式，修正系数在0.95左右，而且冷、热介质在板间的流动平行于换热面，使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于在管式换热器中，冷、热介质分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，末端温差一般为5。3、适应性强。板式换热器只需变更板片数量，即可改变其换热面积；仅需调整板片排列或更换不同板片，即可实现要求的流程组合，随意调整换热工况对管式换热器几乎不可能的。而且板式换热器结构紧凑，其单位体积内的换热面积为管式换热器的2至5倍，如果要实现相同的换热量，板式换热器占地面积仅为管式换热器的六分之一左右。因此板式换热器对工况、空间的适应性方面是管式换热器无法比拟的。4、成本较低。板式换热器的板片是冲压加工，标准化程度高，可大批生产，管式换热器一般采用手工制作,人工成本很高，而且板式换热器的板片厚度仅为管式换热器的换热管的三分之一左右，其框架也比管式换热器壳体轻得多，因此板式换热器一般只有管式换热器重量的五分之一左右，在节约材料方面极具优势。5、寿命较长。板式换热器多采用不锈钢或钛合金板片压制，不仅耐各种介质腐蚀，而且可拆式板式换热器仅需松动夹紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行清洗，垫片亦可随意更换，便于拆装检修，由于介质流动充分湍动，所以不易结垢，使用寿命较长。虽然板式换热器较管式换热器有极大优势，但板式换热器也存在与管式换热器无法比拟的劣势：1、容量较小。板式换热器的容量仅为管式换热器的10%到20%,而且由于板间通道很窄，当介质中含有较大颗粒或纤维物质时，易堵塞板间通道。2、耐压耐温性差。由于板式换热器板间通道较小，换热面上有波纹，比光滑管的压力损失要大，因此要达到相同压力工况，板式换热器要比管式换热器付出更多动力，而且板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不超过2.5IPa,介质温度一般在低于250以下，不适宜高压高压工况，否则密封垫片有可能泄露。三、换热器的评价1、关于换热器效率。换热器效率是衡量实际换热状态与平衡状态的距离，这种平衡只有在换热面积为无穷大时才能够实现。实践已经表明，效率高并不意味着换热性能好，在某一温压工况下换热，换热面积应尽可能小,传热速率尽可能大的换热器其性能才是优越的。目前，国内某些关于换热器热工测试报告对换热器的分析和效率的定义是错误的，作为热交换设备，与一般的热力设备不同，无所谓供给和有效，也无所谓输入和输出，因换热器根据应用场合不同，只能衡量实际换热与理论换热的接近程度，即换热效率，更因为涉及到设备投资，运行经费，水电消耗等诸多问题，所以评价换热器应是一个综合指标，通常比较经济的换热器其效率应在90%左右,否则就造成不必要的浪费。2、关于换热器强化传热。为了提高传热效率，通常采用以下几种强化传热方式。一是扩展换热面积，就是在不扩大设备体积的前提下，来提高单位体积换热面积，可以增加一些特殊工艺或构件，如翅片管、波纹管等来达到增大换热面积的目的。二是加大换热器传热温差，就是在冷、热介质进出口温度一定的情况下，通过使冷、热介质逆流流动，来实现改变平均传热温差的目的，还可以扩大冷、热介质进出口温度的差值，以达到最大平均传热温差，这种方法受到设备和工艺等实际条件影响，不是增强换热器传热效果的最主要手段。三是增强传热系数，研究传热强化的核心和关键是提高换热设备的传热系数K。因此在此理论层面上可以认为，传热系数K才是衡量换热器的标志，也是我们进行科研和技改的方向。而笔者在多年的板式换热器热工测试中发现，过分追求K值,会导致板片变形，使流体阻力加大，不仅没有达到节能效果，而且人为造成能量消耗。四、换热器的评价应在对其经济、技术指标进行分析的前提下综合考虑，如经济性、实用性、安全性、合理性等以及加工制造、安装调试、运行维修的工艺及材料的要求等，在工程中对换热器的选择使用，在温度、流量、介质、压降相同的条件下，在其传热系数K,换热器效率E,设备投资，运行费用等诸经济技术指标具有可比性的前提下，对换热器进行节能评价才具有普遍指导意义。
