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摘 要：换热器是化工、石油、制药及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一，关于换热器的一些基础知识必须要掌握，包括换热器的分类、运行步骤以及常见故障和处理方法等，并对我国换热器的发展作出了展望。
关键词：换热器；基础知识；分类；处理方法
在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给其它流体的设备，称为换热器。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。主要用途适用于加热、冷却、蒸发、冷凝、干燥等方面，因其使用的条件不同，其容量、压力、温度等变动范围较大，为了适应不同的用途，故要采用各种形式及结构的换热器。
一、换热器的分类和说明
1.按用途可分为：
（1）加热器：把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
（2）预热器：预先加热流体，为后工序操作提供标准的工艺参数。
（3）过热器：用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
（4）蒸发器：用于加热流体，达到沸点以上温度，使其液体蒸发，一般有相的变化。
（5）再沸器：用于使装置中冷凝了的液体再度加热，使其蒸发。
（6）深冷器：用于把流体冷却到0℃以下的低温状态。
（7）冷却器：用于把流体冷却到工艺要求的温度。
（8）冷凝器：用于冷却凝结性气体，使其流体凝结液化。
（9）全凝器：使凝结性气体全部冷凝为液体。
2.按换热方式可分为：
（1）间壁式换热器：把温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，使两种流体之间进行换热。间壁式换热器可使参加换热的流体不会混合，在传递过程中可稳定地进行。其传热面大多采用导热性较好的金属制作而成，也有些出于防腐等需要，使用非金属，如石墨，聚四乙烯等制作而成，是工业制造行业中最为广泛使用的一种换热器。
间壁式换热器又可分为夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器等几种[1]。
（2）蓄热式换热器：也被称作回热式换热器，是指冷热流体通过交替作用，与由固体制成的蓄热体相接触，当热流体通过的时候，将热量积蓄在蓄热体中，然后让冷流体通过，把热量带走。蓄热式换热器由于其结构紧凑，价格相对便宜，单位体积传热面积大，因此在气-气热交换中被广泛应用，如石油化工生产中的原料气转化和空气余热转化。
（3）混合式换热器：这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量，这类换热器的介质通常一种是气体，另一种为液体，主要是以凉水塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备，化工厂和发电厂用凉水塔为最典型的混合式换热器。
3.按结构和材料可分为：
（1）管壳换热器：套管式、管壳式、沉浸式、喷淋式、翅片式等；
（2）板式换热器：夹套式、平板式、板式、螺旋板式、翅片板式、板壳式等；
（3）新型材料换热器：石墨、聚四氟乙烯、玻璃钢、钛材、锆材换热器等；
（4）热管式换热器：多室回转式、离心式、重力热管式、离心热管式等。
总之，换热器的种类繁多，各种换热器各自使用与某一种工况，为此应根据介质、温度、压力、使用场合不同选择不同种类的换热器，扬长避短，使之带来更大的经济效益。
二、换热器的运行操作步骤
（1）换热器开车前应检查压力表、温度计、液位计以及相关闸门是否正常。
（2）输送加热蒸汽前，先打开冷凝水排放闸门，排除积水和污垢；打开放空阀，排除空气及其他不凝性气体。
（3）换热器开车时，要先通入冷流体，缓慢或数次通入热流体，做到先预热、后加热，切忌骤冷骤热。开、停换热器时，不要将闸门开得太猛，否则容易造成管子和壳体受到冲击，以及局部骤然胀缩，产生热应力，是局部焊缝开裂或管子连接口松动、脱落。
（4）若进入换热器的流体不清洁，需提前过滤、清除，防止都塞通道。
（5）换热器使用期间，需要巡回检查冷、热流体的进、出口的温度和压力，控制在正常工艺指标内。
（6）定期分析流体的成分，以确定换热器有无内漏，以便及时处理。
（7）巡回检查换热器的闸门、封头、法兰连接处有无渗漏，以便及时处理。
（8）换热器定期进行除垢、清洗。
三、换热器常见故障及处理方法
1.传热速率下降：
（1）列管结垢：清洗管子；（2）壳体内不凝气或冷凝液增多：排放不凝气和冷凝液；（3）列管、管路或闸门堵塞：检查清理。
2.振动：
（1）壳程介质流动过快：调节流量；（2）管路振动所致：加固管路；（3）管束与折流板的结构不合理：改进设计；（4）机座刚度不够：加固机座。
3.管板与壳体连接处开裂：
（1）焊接质量不好：清除补焊；（2）外壳歪斜，连接管线拉力或推力过大：重新调整找正；（3）腐蚀严重，外壳壁厚减薄：鉴定后修补。
4.管束、胀口渗漏：
（1）管子被折流板磨破：堵管或换管；（2）壳体和管束温差过大：补胀或焊接；（3）管口腐蚀或胀（焊）接质量差：换管或补胀（焊）。
四、流体流经管程或壳程的选择原则[2]
（1）不清洁或易结垢的流体，宜走容易清洗的一侧；（2）腐蚀性流体宜走管程，以免壳体和管束同时被腐蚀；（3）压力高的流体宜走管程，以避免制造耐高压的壳体 ；（4）饱和蒸汽宜走壳程，以便于排出冷凝液；（5）对流传热系数明显小的流体宜走管内，以便于提高流速；（6）被冷却的流体宜走管程，便于散热，增强冷却效果；（7）有毒流体宜走管程，使向环境泄露机会减少；（8）粘度大的液体或流量小的流体宜走壳程，因有折流挡板的作用，流速和流向不断改变，在低Re（Re<100）下可达到湍流；（9）两流体温度差较大时，对于固定板式换热器，宜将对流传热系数大的流体走壳程，以减小管壁与壳体的温度差，减小温度应力。在具体选择时，上述各点常不能同时兼顾，应视实际情况抓住主要矛盾。例如首先考虑流体的压力、防腐蚀和清洗等的要求，然后再校核对流传热系数和压力降，以便作出恰当的选择。
五、结语
目前，我国是世界最重要换热、散热、冷却设备市场，据统计[3]，在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的 30%，在炼油厂中换热器约占全部工艺设备的 40%，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。世界各国在换热器理论研究、新技术和新产品开发方面已经进入高层次的探索阶段，涉及领域很广，虽然近年来我国加大了对各种换热器的研发，但在一些高效换热器领域方面与发达国家还存在一定差距。因此，我国应借鉴国外先进换热器技术，努力赶上国际先进水平。
参考文献
[1]李海平.工業用换热器选型[J].工业科技，2013（3）：21-22.
[2]夏清，贾绍义著.化工原理（下册）[M].2版.天津：天津大学出版社，2011.
[3]支浩，汤慧萍，朱纪磊.换热器的研究发展现状[J].化工进展，2009（38）：338-342.
关键词：换热器；基础知识；分类；处理方法
在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给其它流体的设备，称为换热器。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。主要用途适用于加热、冷却、蒸发、冷凝、干燥等方面，因其使用的条件不同，其容量、压力、温度等变动范围较大，为了适应不同的用途，故要采用各种形式及结构的换热器。
一、换热器的分类和说明
1.按用途可分为：
（1）加热器：把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
（2）预热器：预先加热流体，为后工序操作提供标准的工艺参数。
（3）过热器：用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。
（4）蒸发器：用于加热流体，达到沸点以上温度，使其液体蒸发，一般有相的变化。
（5）再沸器：用于使装置中冷凝了的液体再度加热，使其蒸发。
（6）深冷器：用于把流体冷却到0℃以下的低温状态。
（7）冷却器：用于把流体冷却到工艺要求的温度。
（8）冷凝器：用于冷却凝结性气体，使其流体凝结液化。
（9）全凝器：使凝结性气体全部冷凝为液体。
2.按换热方式可分为：
（1）间壁式换热器：把温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，使两种流体之间进行换热。间壁式换热器可使参加换热的流体不会混合，在传递过程中可稳定地进行。其传热面大多采用导热性较好的金属制作而成，也有些出于防腐等需要，使用非金属，如石墨，聚四乙烯等制作而成，是工业制造行业中最为广泛使用的一种换热器。
间壁式换热器又可分为夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器等几种[1]。
（2）蓄热式换热器：也被称作回热式换热器，是指冷热流体通过交替作用，与由固体制成的蓄热体相接触，当热流体通过的时候，将热量积蓄在蓄热体中，然后让冷流体通过，把热量带走。蓄热式换热器由于其结构紧凑，价格相对便宜，单位体积传热面积大，因此在气-气热交换中被广泛应用，如石油化工生产中的原料气转化和空气余热转化。
（3）混合式换热器：这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量，这类换热器的介质通常一种是气体，另一种为液体，主要是以凉水塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备，化工厂和发电厂用凉水塔为最典型的混合式换热器。
3.按结构和材料可分为：
（1）管壳换热器：套管式、管壳式、沉浸式、喷淋式、翅片式等；
（2）板式换热器：夹套式、平板式、板式、螺旋板式、翅片板式、板壳式等；
（3）新型材料换热器：石墨、聚四氟乙烯、玻璃钢、钛材、锆材换热器等；
（4）热管式换热器：多室回转式、离心式、重力热管式、离心热管式等。
总之，换热器的种类繁多，各种换热器各自使用与某一种工况，为此应根据介质、温度、压力、使用场合不同选择不同种类的换热器，扬长避短，使之带来更大的经济效益。
二、换热器的运行操作步骤
（1）换热器开车前应检查压力表、温度计、液位计以及相关闸门是否正常。
（2）输送加热蒸汽前，先打开冷凝水排放闸门，排除积水和污垢；打开放空阀，排除空气及其他不凝性气体。
（3）换热器开车时，要先通入冷流体，缓慢或数次通入热流体，做到先预热、后加热，切忌骤冷骤热。开、停换热器时，不要将闸门开得太猛，否则容易造成管子和壳体受到冲击，以及局部骤然胀缩，产生热应力，是局部焊缝开裂或管子连接口松动、脱落。
（4）若进入换热器的流体不清洁，需提前过滤、清除，防止都塞通道。
（5）换热器使用期间，需要巡回检查冷、热流体的进、出口的温度和压力，控制在正常工艺指标内。
（6）定期分析流体的成分，以确定换热器有无内漏，以便及时处理。
（7）巡回检查换热器的闸门、封头、法兰连接处有无渗漏，以便及时处理。
（8）换热器定期进行除垢、清洗。
三、换热器常见故障及处理方法
1.传热速率下降：
（1）列管结垢：清洗管子；（2）壳体内不凝气或冷凝液增多：排放不凝气和冷凝液；（3）列管、管路或闸门堵塞：检查清理。
2.振动：
（1）壳程介质流动过快：调节流量；（2）管路振动所致：加固管路；（3）管束与折流板的结构不合理：改进设计；（4）机座刚度不够：加固机座。
3.管板与壳体连接处开裂：
（1）焊接质量不好：清除补焊；（2）外壳歪斜，连接管线拉力或推力过大：重新调整找正；（3）腐蚀严重，外壳壁厚减薄：鉴定后修补。
4.管束、胀口渗漏：
（1）管子被折流板磨破：堵管或换管；（2）壳体和管束温差过大：补胀或焊接；（3）管口腐蚀或胀（焊）接质量差：换管或补胀（焊）。
四、流体流经管程或壳程的选择原则[2]
（1）不清洁或易结垢的流体，宜走容易清洗的一侧；（2）腐蚀性流体宜走管程，以免壳体和管束同时被腐蚀；（3）压力高的流体宜走管程，以避免制造耐高压的壳体 ；（4）饱和蒸汽宜走壳程，以便于排出冷凝液；（5）对流传热系数明显小的流体宜走管内，以便于提高流速；（6）被冷却的流体宜走管程，便于散热，增强冷却效果；（7）有毒流体宜走管程，使向环境泄露机会减少；（8）粘度大的液体或流量小的流体宜走壳程，因有折流挡板的作用，流速和流向不断改变，在低Re（Re<100）下可达到湍流；（9）两流体温度差较大时，对于固定板式换热器，宜将对流传热系数大的流体走壳程，以减小管壁与壳体的温度差，减小温度应力。在具体选择时，上述各点常不能同时兼顾，应视实际情况抓住主要矛盾。例如首先考虑流体的压力、防腐蚀和清洗等的要求，然后再校核对流传热系数和压力降，以便作出恰当的选择。
五、结语
目前，我国是世界最重要换热、散热、冷却设备市场，据统计[3]，在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的 30%，在炼油厂中换热器约占全部工艺设备的 40%，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。世界各国在换热器理论研究、新技术和新产品开发方面已经进入高层次的探索阶段，涉及领域很广，虽然近年来我国加大了对各种换热器的研发，但在一些高效换热器领域方面与发达国家还存在一定差距。因此，我国应借鉴国外先进换热器技术，努力赶上国际先进水平。
参考文献
[1]李海平.工業用换热器选型[J].工业科技，2013（3）：21-22.
[2]夏清，贾绍义著.化工原理（下册）[M].2版.天津：天津大学出版社，2011.
[3]支浩，汤慧萍，朱纪磊.换热器的研究发展现状[J].化工进展，2009（38）：338-342.