换热器在化工、石油、电力、食品及其它许多工业生产中均有应用，其在石化厂设备投资中可占到40%左右的比例，是非常关键的化工设备。同时，热能的合理利用对于降低产品成本、环境保护以及节能减排有着重要的意义。

换热器分类

换热器是实现将热能从一种流体传至另一种流体的设备。在最简单的换热器中，热流体和冷流体直接混合在一起；比较常见的换热器是热、冷两种流体在换热器中被隔板分开，由于两侧热流体和冷流体的温度差，会形成热交换，即初中物理的热平衡，高温物体的热量总是向低温物体传递，这样就把热侧热量交换给了冷侧，有时我们又称换热器为热交换器。

按传热方式可分为：间壁式换热器、蓄热式换热器、混合式换热器。按用途可分为：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器等。按结构可分为：管壳式换热器、板式换热器。我们在化工中最常谈到的就是按照结构分类的这两种设备。

管壳式换热器

管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,在现如今的化工厂中仍然应用广泛。

管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。

在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。

为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。

折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种（如下图所示）。

 圆缺形折流挡板                圆盘形折流挡板

流体在管内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。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。

在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱。

因此,当管束和壳体温度差超过50℃时,应采取适当 的温差补偿措施,消除或减小热应力。

板式换热器

板式换热器最初用于食品工业，20世纪50年代逐渐推广到化工等其他工业，是一种高效紧凑的换热设备。
常规的板式换热器是由一组长方形的薄金属传热板片构成，用框架将板片夹紧组装于支架上。
两个相邻板片的边缘衬以垫片压紧，板片四角有圆孔，形成流体的通道。

另外，在不同的化工工艺应用中，还有全焊板式换热器、螺旋板式换热器、板壳式换热器等。
全焊式
螺旋板式
板壳式

板式换热器 VS 管壳式换热器

01传热系数高由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3~5倍。
02对数平均温差大，末端温差小在管壳式换热器中，两种流体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，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃.
03占地面积小板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。
04容易改变换热面积或流程组合只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。
05重量轻板式换热器的板片厚度仅为0.4~1.2mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。 
06价格低，易定制 采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。 板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。
07易清洗 框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。甚至部分的全焊式换热器由于其特殊的结构设备，也可以做到现场机械清洗。
08热损失小 板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。
09容量较小 是管壳式换热器的10%~20%。可以有效减少持液量，这在某些工艺中能带来很大的便利。
10不易结垢 由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢倾向仅为管壳式换热器的1/3~1/10.k。
由此可见，在工业应用当中无论从成本还是使用过程来说，高效可靠的板式换热器优势更为突出。

换热器安全隐患

换热器在化工、石油、治金等领域中应用十分广泛，据统计，换热器的损坏率在所有化工设备损坏的比例中所占的比重最大，而且其损坏容易引起泄露爆炸等事故，所以一定要知道换热器存在哪些安全隐患，及时采取措施才能防止悲剧的发生。

换热器的事故类型主要有燃烧爆炸、严重泄漏和管束失效三种。

一、燃烧爆炸

（1）具体原因

1、自制换热器，盲目将设备结构和材质做较大改动，制造质量差，不符合压力容器规范，设备强度大大降低。

2、焊接质量差，特别是焊接接头处未焊透，又未进行焊缝探伤检查、爆破试验，导致焊接接头泄漏或产生疲劳断裂，进而大量易燃易爆流体溢出，发生爆炸。

3、由于腐蚀（包括应力腐蚀、晶间腐蚀），耐压强度下降，使管束失效或产生严重泄漏，遇明火发生爆炸。

4、换热器做气密性试验时，采用氧气补压或用可燃性精炼气体试漏，引起物理与化学爆炸。

5、操作违章、操作失误，阀门关闭，引起超压爆炸。

6、长期不进行排污，易燃易爆物质（如三氯化氮）积聚过多，加之操作温度过高导致换热器（如液氯换热器）发生猛烈爆炸。

7、过氧爆炸。

（2）预防措施

1、换热器设计、制造应符合国家压力容器的规范要求，图纸修改与变动必须经主管部门同意，经验收质量合格。

2、制造换热器时，要保证焊接质量，并对焊缝进行严格检查。

3、流体为腐蚀介质时，提高管材质量和焊接质量，增加管壁厚度或在流体中加入腐蚀抑制剂。

4、定期检查管子表面腐蚀情况和对易腐蚀损坏的设备进行检测，采取有效措施。

5、换热器做气密性试验时，必须采用干燥的空气、氮气和其他惰性气体，严禁使用氧气和可燃性气体试漏或补压。

6、严禁违章操作，严格执行操作规程。

7、对于易结垢的流体可定期进行清洗，将结垢清洗掉。

8、严格控制氧的含量。

二、严重泄露

（1）具体原因

1、因腐蚀（如蒸汽雾滴、硫化氢、二氧化碳）严重，引起列管泄漏。

2、由于开停车频繁，温度变化过大，设备急剧膨胀或收缩，使花板胀管泄漏。

3、换热器本身制造缺陷，焊接接头泄漏。

4、因操作温度升高，螺栓伸长，紧固部位松动，引起法兰泄漏。

5、因管束组装部位松动、管子振动、开停车和紧急停车造成的热冲击，以及定期检修时操作不当产生的机械冲击而引起泄漏。

（2）预防措施

1、定期进行清洗；选择耐蚀管材；流体中加入腐蚀抑制剂；控制管内流速；视泄漏情况决定停车更换或采取堵漏措施。

2、精心操作，控制系统温度不要发生较大的波动。

3、保证焊接质量，对焊缝进行认真检查。

4、尽量减少法兰连接，升温后及时重新紧固螺栓，紧固作业要力求方便。

5、对胀管部位不允许有泄漏的换热器宜采取焊接装配。

三、管束失效

（1）具体原因

【腐蚀】

1、换热器多用碳钢制造，冷却水中溶解的氧所致的氧极化腐蚀极为严重，管束寿命往往只有几个月或一二年。

2、管子与管板的接头是管束上的易损区，许多管束的失效都是由于接头处的局部腐蚀所致。

【结垢】

在换热器操作中，管束内外壁都可能会结垢，而污垢层的热阻要比金属管材大得多，从而导致换热能力迅速下降，严重时将会使换热介质的流道阻塞。

【流体诱导振动】

为强化传热和减少污垢层，通常采用增大壳程流体流速的方法。而壳程流体流速增加，产生诱导振动的可能性也将大大增加，从而导致管束中管子的振动，最终致使管束破坏。

（2）预防措施

【预防腐蚀和结垢】

1、定期清洗管束；

2、合理选材；

3、在流体中加入缓蚀剂；

4、选择适当流速；

5、在流体入口设置过滤装置和缓冲结构等。

【防止管束振动失效的方法】

1、制定合理的开停工程序，加强在线监测，严格控制运行条件，在流体入口前设置缓冲板，减少脉冲；

2、优化结构设计，适当减小折流板间距，增大管壁厚度和折流板厚度；

3、折流板上的管孔与管子采用紧密配合，间隙不要过大；

4、改变支撑物形式，如折流板改为折流杆式，可有效消除流体诱导振动。

另外，降低壳程流体流速是防止管束振动最直接的方法，但同时传热效率也会随之降低。

换热器安全检查

运行检查对运行中的换热器进行检查，包括工艺条件、设备状况以及安全装置等。1.工艺条件方面，主要检查操作条件，检查操作压力、温度、液位是否在操作规程规定的范围内。检查工作介质的化学成分，特别是那些影响换热器安全（如产生腐蚀，使压力、温度升高等）的成分是否符合要求。2.设备状况方面，主要检查换热器各连接部位有无泄漏现象；换热器有无明显变形；基础和支座是否松动和磨损；换热器的表面腐蚀以及其他缺陷或可疑现象。3.安全装置方面，主要检查换热器的安全泄压装置以及与安全有关的计量器具（如温度计、压力表、计量用的衡器及流量计）是否保持完好状态。安全装置检查

主要检查内容有：压力表的取压管有无泄漏和堵塞现象，旋塞手柄是否处在全开位置，弹簧式安全阀的弹簧是否有锈蚀，安全装置和计量器具是否在规定的使用期限内，其精度是否符合要求。如安全阀的定期校验每年至少一次；爆破片应定期更换，一般爆破片应在2～3年更换一次，在苛刻条件下使用的爆破片应每年更换一次，对于超压未破的爆破片应立即更换；压力表的校验和维护应符合国家计量部门的规定。压力表的精度对低压换热器应不低于2.5级，对中压以上的换热器应不低于1.5级。