换热器作为节能设备之一，在国民经济中起到非常重要的作用。换热器的结构决定了换热器的性能， 一种性能能合发挥作用取决千设计者如何选择合理结构，任何｀个场合都有适应于这个场合特点的换热结构c 要使 传热效率 提高 、能耗 下降 ， 就必须了解换热器的结构特点，下面着重介绍典型换热器的结构及使用特点。

（一）浮头式换热器

浮头式 换热器（见图 1-1) 是由管箱、壳体、管束、浮头盖、外头盖等零部件组成。最大的特点是管束可以抽出来．管束在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差应力，其优点是：

心管束可以抽出，以方便清洗管、壳程；

＠介质间温差不受限制；

＠ 可在 高 温、高 压下上作， 一般温 度冬450t' ,

压力,;;;:;6 . 4MPa ;

＠可用于结垢比较严重的场合；

＠可用于管程易腐蚀场合。缺点：

0 小浮头易 发生内 漏；

＠ 金属材料耗 量大， 成本高 20 % ;

＠结构复杂。

（二）固定管板式换热器

固定管板式换热器（见图 1-2 ) 是由管箱 、壳体、管板、管子等零部件组成。其结构较紧凑，排管较   多，在相同直径情况卜面积较大，制造较简单，但   最后一道壳体与管板的焊缝无法无损检测。其优     点是：

0 传热面积比 浮头 式换热器大 20% -30%;

＠旁路漏流较小；

＠ 锻件使用较少， 成本 低 20% 以十；

＠没有内漏。缺点：

心 壳体和管 子壁 温差一般易小于等于 50'C , 大于 50'C 时应在壳体上设 置膨 胀节；

＠管板与管头之间易产生温差应力而损坏；

＠壳程无法机械清洗；

＠管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿

命决定于管子寿命，故设备寿命相对较低；

＠不适用于壳程易结垢场合。

（三） U 形 管 换 热 器

U 形管换热器（见图 1-3 ) 是由管箱、壳 体、管束等零部件组成，只需一块管板，重量较轻。同样直径情况下，换热面积最大，结构较简单、紧凑，在高温、高压下金属耗量最小，目前加氢换热器基本上全部采用 U 形管换热器。其优点是：

CD 管束可抽出 来机械清洗 ；

＠壳体与管壁不受温差限制；

＠可在高温、高压下工作，一般适用于温度冬

soot. 压力,s;: JO MPa ;

＠可用于壳程结垢比较严重的场合；

＠可用于管程易腐蚀场合。缺点：

心 在管 子的 U 形处易 冲蚀 ， 应控 制管内 流速 ；

＠管程不适用结垢较重的场合；

＠单管程换热器不适用；

＠不适用于内导流筒，故死区较大。

（四）双壳程换热器

双壳程换热器（见图 1-4) ,   其结构与浮头式换热器 、U 形管换热器与固定 管板换热器相同， 所不同 的是在管束中心放置一块纵向隔板，折流板被上下隔      开，用密封片将壳程一分为二，改变了壳程介质的流    动方式，增加了流体的湍流程度，管壳程介质呈纯逆流流动，无温度交叉，除具备相应浮头式换热器和固定管板式换热器优缺点外，还具备如下优点：

＠ 传热面积可 减少 10 % -30%;

＠减少设备数址和金属耗扯；

＠传热效率提高；

＠适用于大型化装省；

＠适用于串联台数较多；

＠适用十高温、高月场合匕 缺点：

叩 壳程压降约提高 4 倍；

＠分程隔板与壳体密封片处易泄露；

＠壳体直径圆度要求较高。

（五）外导流筒换热器

外导流筒换热器（见图 t -5) , 其结构与浮头式换热器基本相同，所不同的是壳程进出口接管与导流筒不同。在进出口处增大壳体直径，使流体流动改变， 并使传热管可排满整个壳体，从而使旁路泄漏和进出口死区减少．效率增加，压降减少。其优点具体为：

CD 进出口压降降低 90 % 以上；

＠进出口处流动死区、旁路漏流减小，可提高传热 有效面积 7 % 以上；

＠ 在 D.'Y3 25 - 1800 系列 范围内， 可增加 5 % - 16 % 传热 面积 ；

中进出口处流体分布均匀；

＠ 总传热 效率相应 提高 12 % -23%;

＠适应与壳程压降要求较小的场合，如减压塔顶冷却器、压缩机级间冷却器、塔顶冷凝、冷却等场合。

缺点：

叩 金属耗械增 加 10 % (按相同盲径比较）；

＠ 制造 难度 加大， 外导流简处焊缝要求 100 % 射线探伤 Q

（六）折流杆换热器

折流杆 （ 见图 1-6 )  换热器， 其结构与浮头式换热器 、U 形管式换热器与固定管板式换热器基本 相同，其差别是将折流板用折流环所取代，流体流动状     态为顺管轴向方向流动（称为顺流），防振动效果最     好，压降比折流板低儿分之一甚至儿十分之一，流体     流过杆时形成卡曼涡阶，来实现湍流而强化传热。其     优点是：

心不易发生诱导振动损失；

3 传热 死区小 ， 传热效 率提高 20 % 以上；

3 比 降 小 ；

印抗垢性能优良；

＠有强化冷凝的机理；

＠适用千换热器大型化，特别是在核电换热器  应用； ＿

＠适用于冷凝、沸腾场合的换热器；

＠适用于压缩机级间冷却和烟气预热器。 缺点：

心 在低雷诺数 Re < 6000 ( 液 相）、 Re < 10000

（气相）热效率较低；

＠ 造价提 高 3 % - 5 % 。

（七）新结构高效换热器

新结构高效换 热器（ 见图 1-7 ) , 其结构与浮头式换热器和固定管板换热器某本相同．所不同之处是管

束壳程在折流杆基础上进行了改进，用数块喷射板与折流环组成，其特点是流体在低雷诺数区流体流过喷射板时形成环向喷射流而使流体达到湍流状态而实现强化传热，流体流动为沿管子力向顺流，压降较低， 流动死区小 其优点是：

叩 液相传热 Re < 600, 气相传热 Re < 3000, 传

热效率提高 25 % 以 上；

3 压降 比折流板式 换热器小 1 倍以上；

＠适用于带固体颗粒的场合； 心抗垢性能优良；

O 适用 千低 温位 冷却 场合。

缺点：

切不适用于有相变传热；

心 压降 比折 流杆式 换热器大 Q

（八）高效重沸器

高效 重沸器 （见图 1-8 ) , 其结构与备式重沸器相同， 其并 别是 ： 换热管 采 用 T 形翅 片管， T 形 翅片管（见图 1-9 ) 结构卜机械 加工形成汽化核心的 汽室 ， 从而强化了沸腾传热，这种管子被第六届世界传热学  会誉为四种最佳强化传热元件之一，具有抗垢性能    好，低温差推动力大的特点，其优点是：

心有自清洗作用；

CZ) 给热 系数 比光管 提高 3 . 3 - 10 倍以上；

＠ 总传热系数提高 40 % 以 上；

CD 节约设 备重肚 25 % 以上；

© 适用于塔底重沸器、侧线虹吸式重沸器；

＠适用于化工、制冷系统重沸器或再沸器； 切抗腐蚀性能良好七

缺点：

(I)在重 油设 备 上， 如 渣 油 、 原油设 备 无 应 用

历史；

＠ 造价 上升 10 % - t 5 % ;

＠ 不适用于有 湿硫 化氢 场合 Q

（九）螺纹管换热器

螺纹管（见图 1-10) 换热器作 为 种强化传热高次换热器，其结构与浮头式换热器、固定管板式换热器和 U 形管式换热器基本 相同 心 所不 同的是管束中的光管由以扩展表面强化传热的螺纹管所替代，可与折流杆、外导流筒、新结构高效换热器组合 是目前强化传热管用量最大，挫广较好，使用场合多的强化传热元件，属成熟技术七其优点是：

＠具有良好的抗腐蚀性能；

＠具有良好的抗垢性能；

＠ 比光管外表面增加 2 . 5 倍以上 （以

为例）；

5 强化冷甜 效果显 著， 给热 系数 可提高 1 倍以 上；

＠特别适用十重油系统传热； 切适合千各种无相变传热。  缺点：

心管内膜系数与管外膜系数之比< 1.5 不 能

使用；

心 管外雷诺 数 Re < 600 不能 使用 ；

＠ 管内 压降 增加 14 % ;

心 不适 用于 CrMo 钢场合 L

（十）表面蒸发式空冷器

表面蒸 发式 空冷器 （见图 H I ) , 其结构由水箱、光管管束、喷淋除雾、预冷、风机等零部件组成，是 一种将水冷与空冷，传热与传质过程融为一体，且兼 有两 者之 长的 新型、高 效冷却设备c 具有结 构紧凑、传热效率高、投资省、操作费用低、安装维护方便、 占地面积小等特点。适用于炼油、化工、冶金、制   冷｀轻丁、电力等行业心其原理是管外水膜的蒸发强 化传热，即从目前普通空冷的显热传热升华为潜热传 热心其优点是：

叩可使介质冷却全环境湿球温度+ 5'C;

3 占地面积 节省 1 倍以上；

＠ 操作费用 节省 35 . 5% ;

中 投资费用 节省 15 % ;

＠ 传热 效率 提高 40 % 以上；

＠ 适用于温 度 < 170 'C , 压 力 < 20 MPa 的场合；

(J) 节水 、节 电效果显 著；

＠特别适合千目前全球气温变暖、水源紧张的  情况；

＠适用千常减压、气分、催化、烧基化、酮苯， 内烧、乙烯、重整、加氢、天然气等装置塔顶及侧线的冷凝冷却场合。

缺点：

0 必须采用软化水；

＠ 压降 < O. OOl MPa 的场合不能使用， 如减 顶冷 凝、冷却。

（十一）板式空冷器

板式空冷器（见图1-12 ) 是由 板束 ， 风机 、水箱 、

喷淋等零部件组成，是－种具有国际领先技术水平的空冷器，且具有国内自主知识产权的技术。该换热器将板式换热器与空冷器优点相结合，既具有节水效果好、环境污染小，又具有传染效率高、结构紧凑、压降小、体积小、占地小、重僵轻、流通面积大等优  点，特别适合千炼油化丁、乙烯、电力、冶金、核 能、城市集中 供热等领域 u 它采用分体式撬状组合式结构，制造安装、运输、检修均较方便。其优点是：

0 传热系数 提高 2 倍以 上；

＠ 单台 (3 X 3 规格）换 热面积 可达 860m 气

＠ 压降小， 可达 3 . 23mmHg ;

＠ 占地小 ， 是普通 空冷的 1/ 6 ;

＠ 重量轻， 是普通空冷的 1/ 3 ;

＠ 设备造价低 ， 可节省 10 % 以上；

＠ 框架投资节省 2 倍以上；

＠ 操作费用可节省 2 倍以上；

＠清洗方便，操作灵活；

＠ 寿命提高 3 倍以［勹缺点 ： 承压 1 . 0MPa

（十二）板壳式换热器

板壳 式换热器（见 图 1- 13) 是为重整 、芳 轻、甲醇、加氢、乙烯、城市供热等大型装置进行换热而开  发的~主要结构有壳体、管箱、板束、分布器、膨胀节等。与管壳式换热器所不同的是管束的传热管用波   纹板片替代。结构特点为：板片采用人字形波纹；机   械模压成型；板束采用自动氢弧焊接；板束在壳体内   悬挂并与壳体相互支撑；壳体设有尤泄露密封法兰连   接；分配器采用气液两相进料混合器；板束与壳体间   设置了吸收温差应力的膨胀节。目前，国内已开发出3000m2 板壳 式换热器， 技术水平 达到国 际先进水平。其独特的可拆、可维修结构完全可替代进口的同类设   备七其优点是：

心 总传热 系数 是管壳式换 热器的 2 倍以上；

＠板片波纹具有静搅拌作用；

＠ 雷诺数 Re诊300,  达到最佳湍流状态；

＠ 污垢热阻低（为管壳式换 热器的 1/ 4 ) ;

© 流动状态纯 逆流， F, = 1.0;

＠在两相流场合，克服了管壳式换热器由于介质折流”翻转”造成的气、液两相分离的缺点；

©抗垢性能优良；

＠节省设备投资，与管壳式换热器比可节省 10%. 与进口设 备比可节省约 1000 万元／台（以传热面积 18 00而 为基 准）；