摘要：本文对各种间壁式换热器的工作原理和应用场景范围进行了分析，并对间壁式换热器的在实际应用中正确选型和使用进行了阐述。

  换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式[1]。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。文对几种主要的间壁式换热器的工作原理进行了分析，并指出了其适合使用的范围，为工作人员对各种间壁式换热器正确选型和使用提供参考意见。

  板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，最初用于食品制造业，50年代逐渐推广到化工等别的工业部门，现已发展成为高效紧凑的换热设备。板式换热器是由一组金属薄板、相邻薄板之间衬以垫片并用框架夹紧组装而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。如图2.1为板式换热器矩形板片结构示意图，其四角开有圆孔，形成流体通道。冷热流体交替地在板片两侧流过，通过板片进行换热。具有换热效率高、热损失小、结构紧密相连轻巧、占 地面积小、安装清洗方便、应用广泛、常规使用的寿命长等特点。

  板翅式换热器是一种更高效、紧凑、轻巧的新型换热器。板翅式换热器的结构型式很多，但其基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板（平隔板）间，夹入波纹状的金属翅片，两边以侧条密封，组成一个单元体。将带有流体进、出口的集流箱焊到板束上，就成为板翅式换热器。

  板翅式换热器的主要优点是：传热性能好。由于翅片在不同程度上促进了湍流并破坏了传热边界层的发展，故传热系数很大。冷、热流体间的传热不仅仅以隔板为传热面，大部分热量是通过翅片传递的，结构高度紧凑，单位体积的传热面积可达2500m2/m3，最高可达4300m2/m3。通常板翅式换热器采用铝合金制造，因此换热器的重量轻。同时由于翅片对隔板的支撑作用，其允许的操作压力也较高，可达5MPa。此外板翅式换热器还可用于多种不同介质在同一换热器内进行多股流换热。板翅式换热器的主要缺点是流道尺寸小，容易堵塞，而且检修和清洗困难，因此所处理的物料应较洁净或预先净制。另外，由于隔板和翅片均由薄铝板制成，故要求换热介质不腐蚀铝材。

  列管式换热器又称管壳式换热器，是工业上应用最广泛的换热设备。列管式换热器主要由壳体、管束、折流板、管板和封头等部件组成。按热补偿的方法不同，列管式换热器可分为以下几种主要型式：

  1）固定管板式换热器。当冷、热流体的温差不大时，可采用固定管板的结构型式，其结构如图2.3所示，即两端管板与壳体是连成一体的。这种换热器的特点是结构相对比较简单，制造成本低。但是由于壳程不易清洗或检修，要求壳程流体必须是洁净而且不易结垢的流体。

  2）U形管式换热器。U形管式换热器的管束是由U字形弯管组成。管子的两端固定在同一块管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子或壳体的影响。这种换热器壳程易于清洗，而清除管子内壁的污垢则很难，且制造时需要不同曲率的模子弯管，管板的有效利用率较低。此外，损坏的管子也难于调换，U形管管束的中心部分空间对换热器的工作存在不利的影响。由于上述缺点，这种型式的换热器的应用受到很大的限制。

  3）浮头式换热器。浮头式换热器的结构，它的两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，这一端称为固定端；另一端的管板不与壳体连接而可相对于壳体滑动，这一端称为浮头端。因此，这种型式换热器的管束热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因热膨胀程度的差异而产生热应力。在换热器的检修和清洗时，只要将整个管束从固定端抽出即可进行。但是其缺点是：结构较复杂，金属耗量较多，造价较高。浮头式换热器适用于冷、热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。

  列管式换热器与前述几种换热器相比，它的主要优点是单位体积所具有的传热面积大、结构紧密相连、传热效果好。由于结构坚固，还能够选用的结构材料范围广，故适应能力强、操作弹性较大，因此，在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。

  间壁式换热器在生产应用中经常要求在各种不同的条件下进行热量交换，非常容易导致器件的失效和损坏，因此对换热器的使用的过程中要主要以下事项：1）保持持管网的清洁，无论是在工作前还是工作完成后，都必须要对管网中进行清洁处理，这样做的目的是为了尽最大可能避免发生换热器堵塞的现象。还需要注意及时对除污器以及过滤器的清洗，让整个工作顺利完成。 2）严重把关软化水，对于任何一种水质把关，这一点是很重要，在进行对软化水水质处理的前提下，首先要认真仔细检查系统中的水和软化罐水质问题，如果确定合格就能够直接进行注入处理。3）新系统检验，对于一些新系统来说，不能马上与换热器进行交替使用，首先把新的系统在指定的时间段运行，让它有了一个运行模式后，这样一个时间段方可以把换热器并入系统中使用，这样做的目的完全是为了尽最大可能避免管网中的杂质破坏换热器设备。

  间壁式换热器应用广泛，它的基本功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一，因此其在实际应用应保证其安装准确无误。间壁式换热器的安装应满足以下原则。1）安装间壁式换热器的基础必须满足以使换热器不发生下沉，或使管道把过大的变形传到传热器的接管上。基础大体上分为两种：一种为砖砌的鞍形基础，换热器上没有鞍式支座而直接放置在鞍形基础上，换热器与基础不加固定，可以随着热膨胀的需要自由移动。另一种为混凝土基础，换热器通过鞍式支座由地脚螺栓将其与基础牢固的连接起来。2）在安装间壁式换热器之前应严格的进行基础质量的检查和验收工作，主要项目如下：基础表面概况；基础标高，平面位置，形状和主要尺寸以及预留孔是不是满足实际要求；地脚螺栓的位置是不是正确，螺纹情况是否良好，螺帽和垫圈是否齐全；放置垫铁的基础表面是否平整等。3）基础验收完毕后，在安装换热器之前在基础上放垫铁，安放垫铁处的基础表面必须铲平，使两者能很好的接触。垫铁厚度能调整，使换热器能达到设计的水平高度。垫铁放置后可增加换热器在基础上的稳定性，并将其重量通过垫铁均匀地传递到基础上去。垫铁可分为平垫铁、斜垫铁和开口垫铁。其中，斜垫铁必须成对使用。地脚螺栓两侧均应有垫铁，垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。

  间壁式换热器应用广泛，工作坏境多变且较为恶劣，例如部分间壁式换热器操作压强高达2*105Kpa，温度-250-1500℃的范围内变化，某些流体的腐蚀性又很严重等[2]。每种类型的换热器都有优缺点，选择换热器类型时，要考虑的因素很多，例如材料，压强，温度，温度差，压强降，结垢腐蚀情况，流动状态，传热效果，检修和操作等。对同一种换热器而言，某种情况下使用是好的，而在另外的情况下却不能够令人满意，甚至根本不能用。因此在实际应用中，工作人员需对各种间壁式换热器的优缺点和操作方式了然于胸，最大发挥其优势。

  [1]郑津洋等, 过程设备设计[M].北京:化学工业出版社, 2005.

  [2]朱跃钊等, 传热过程与设备[M].北京:中国石化出版社, 2008.