[科普中国]-换热容器

换热容器是指主要用于完成介质的热量交换的容器(代号E)。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、硫化锅、消毒锅、染色器、烘缸、磺化锅、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热锅、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器和煤气发生炉水夹套等。

对流换热对流换热是流体和与之接触的固体壁面之间的换热。

速度边界层：流体流过阎体壁面的时候，由于流体的黏性，紧贴壁面的流体和固壁之问没有相对运动，若流体主流和壁面之问有相对运动，则在壁面附近流体相对于壁面的运动有一个逐渐增大的区间，壁面附近这个速度变化显著的薄层就是速度边界层。

温度边界层：在对流换热现象中，若壁面温度是tw，流体主体的温度是tf，温度是连续变化的，则紧贴壁面的流体温度等于壁面温度，在贴近壁面的一层流体中，温度从tw逐渐变化到主流温度tf，这一温度变化显著的流体薄层称为温度边界层。1

影响对流换热因素影响对流换热的因素很多．主要包括：

(1)流动的起因，即是强制对流还是自然对流。强制对流时流体的流动是外力驱动的，而自然对流时流体的流动是由换热本身引起的流体中的温度差(密度差)驱动的。

(2)流体有无相变。有相变的沸腾换热或凝结换热和单相流体的换热规律有较大差异，需要考虑汽化潜热。如饱和水定压汽化的过程中，流体吸收热量汽化，但温度不变。

(3)流动的状态，即湍流还是层流。湍流边界层的热对流较强，而层流边界层中的热对流很弱。

(4)壁面的几何形状。流体流过不同形状的固体表而时，流动形态受到壁面几何因素的影响。如同样的流体，同样的来流速度流过平板和横掠圆管时，换热状况不同。

(5)流体的物理性质，包括流体的导热系数、密度、比热容、运动黏度以及体胀系数等。1

工艺要求换热容器是进行热量交换的通用设备，简称换热器。在化工生产中，流体加热、冷却，液体气化或蒸气冷凝等过程都需进行热量交换，因而需要换热器，故其在化工生产中得到极为广泛的应用。通常在石油、化工装置的建设中，换热器约占总投资的20%，在全厂化工设备总重量中约占40%。因此，换热器的先进性、合理性和运转的可靠性，将直接影响着产品的质量、数量和成本。

换热器的种类很多，它们的结构形式和应用场合也各不相同，一台比较完善的换热器除需满足化工工艺要求外，尚需考虑下列因素：

(1)换热效率高；

(2)流体流动的阻力小；

(3)结构可靠，制造成本低；

(4)便于安装、检修。

生产中最常用的换热器型式有：套管式、蛇管式、管壳式、板式换热器(包括螺旋板式、板翅式)等。在这些换热器中要同时满足上述4条是很困难的，任何换热设备都不可能是十全十美的，例如平板换热器等高效换热设备具有体积小、重量轻等优点，但也有流动阻力大，制造、检修较困难等缺点。虽然管壳式换热器在换热效率、紧凑性和金属消耗量等方面均不及高效换热器，但它具有结构坚固，能够承受高温、高压，制造工艺较成熟，选材范围广等优点，因此仍是石油、化工生产中的主要设备。2

按传热方式分类1.直接接触式换热器，这种换热器又称混合式换热器，它是利用两种流体充分接触，彼此混合进行换热。为增加流体间的相互接触，在设备中常设置填料和栅板，容器做成塔形结构。这种换热器传热效率高，单位容积提供的传热面积大，设备结构简单，但如果工艺上不允许两种流体混合，则不能采用这种结构。

2.表面式换热器，这种换热器又称间壁式换热器，冷热两种流体进入换热器后被固体壁面隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传给冷流体。此类换热器应用最为广泛，形式多样，包括各种管壳式和管板式换热器。

3.蓄热式换热器，这种换热器又称回热式换热器，高温流体和低温流体交替通过固体构成的蓄热体，将热量由高温流体传给低温流体。使用这种换热器时，两种流体会有一定量的混合，如果工艺上不允许两种流体混合，则不能采用这种结构。如回转式空气预热器就是一种蓄热式换热器。

4.中间载热体式换热器，这种换热器是把2个表面式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。载热体在高温流体换热器和低温流体换热器问循环，从高温流体换热器中吸收热量，向低温流体换热器放出热量。如热管式换热器、液体或气体偶联的表面换热器等。2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学