热交换器或热交换设备的工作原理是什么？

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换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。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，应用更加广泛。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。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。间壁式换热器的类型，混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。

为防止管程流体与壳程流体的混合，可采取什么结 构措施

换热器有三种类型具体如下：

一、蓄热式换热器。

蓄热式换热器具有阀门切换功能、旋转式功能。蓄热式的换热原理是通过固体构成的蓄热体，热介质先将固体物质加热到一定温度，就可以加热冷固体可以将热量从高温流体传给低温流体，从而达到加热的目的。

二、间壁式。

间壁式换热器的分类较多：喷淋式换热器、夹套式换热器、管壳式换热器、板式换热器、沉浸式蛇管换热器，相信大家一般较为熟悉的是管式以及板式，着重分析这两种换热设备的工作原理。

1、板式换热器：板式换热器是经典的间壁式换热器，主要是由板片和密封胶垫所构成，也是所有换热器中的大哥，在工业领域占据了主导地位。具有不可小觑的优势，在很多行业中已经逐步的替换了管壳式换热器。

2、 管壳式（列管式）换热器：主要是以换热器原理来命名，管壳式换热器一般会有换热两种流体。在管外流动的叫做壳程，在管内流动的叫做管程。主要的结构是由管板、壳体、管束、封头等多部分所构成的，壳体主要是为圆形。内部装有螺旋管或是平行管束，管束两段是固定在管板上。

三、混合式。

混合式换热器分类以及各工作原理主要是根据冷热流体直接接触进行传热，避免了间壁式两侧的污垢热阻的弊端，只要能够保证流体间的接触良好就能起到很好的换热速率，所以应用范围也较为广泛。

换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。

又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。

结构 由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成（见图）。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

类型 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

① 固定管板式换热器 管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

② 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

③ U型管换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

非金属材料换热器 化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。

流道的选择 进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。

操作强化 当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。

需要考虑很多因素：

宜走管内的流体：

1）不洁净和易结垢的流体，因为管内清洗方便；

2）腐蚀性的流体，因为可避免管子、壳体同时受腐蚀，且管子便于清洗和检修；

3）压强高的流体，因为可以节省壳体材料；

4）有毒的流体，因为可减少泄漏的机会。

宜走壳程的介质：

1）饱和蒸汽，因为可便于及时排除冷凝液，且蒸汽比较干净，清洗比较方便；

2）被冷却的流体，因为可利用壳体散热，增强冷却效果；

3）粘度大的流体或流量小的流体，因为流体在折流板的作用下，可提高流动对流传热系数；

4）对于刚性结构的换热器，若两流体的温差大，对流传热系数较大的介质走壳程，可减少热应力。

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