VOCs廢氣冷凝核心——9種換熱器原理、結構及對比

VOCs廢氣冷凝工藝是VOCs治理技術中重要的末端回收技術，VOCs回收其實質是可直接減少碳排放的VOCs治理碳減排的有效措施，冷凝可以用在預處理工段，也可直接用在末端達標系統上，如深冷冷凝系統。下面我們一起來學習下，VOCs冷凝中，最重要的知識點——冷凝模塊中的換熱器，下面整理有九種：

換熱器是在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實現熱量傳遞的節能設備，對于大面積供熱而言，換熱器的存在必不可少。

按照換熱器的傳熱方式，換熱器可分為三大類：

直接接觸式換熱器，也叫混合式換熱器，是冷熱流體進行直接接觸并換熱的設備。通常情況下，直接接觸的兩種流體是氣體和汽化壓力較低的液體；

蓄能式換熱器的工作原理，是利用固體物質的導熱特性，具體而言，熱介質先將固體物質加熱到一定溫度，冷介質再從固體物質獲得熱量，通過此過程可實現熱量的傳遞；

間壁式換熱器，也是利用了中介物的熱傳導，冷、熱兩種介質被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換。對于供熱企業而言，間壁式換熱器的應用最為廣泛。根據結構的不同，它還可劃分為管式換熱器、板式換熱器和熱管換熱器。

一、管殼式換熱器

管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構較簡單，操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用最廣的類型。

根據所采用的補償措施，管殼式換熱器可分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管式換熱器、填料函式換熱器等四種類型。

二、固定管板式換熱器

固定管板式換熱器是管殼式換熱器的一種。固定管板式換熱器兩端的管板采用焊接的方式與殼體連接，主要由外殼、管板、管束、頂蓋（封頭）等部件構成。

固定管板式換熱器的優點是：

◆結構簡單；

◆在相同的殼體直徑內，排管數最多，旁路最少；

◆每根換熱管都可以進行更換，且管內清洗方便。

固定管板式換熱器的缺點是：

◆殼程不能進行機械清洗；

◆當換熱管與殼體的溫差較大（大于50℃）時會產生溫差應力，解決措施是在殼體上設置膨脹節，因而殼程壓力受膨脹節強度的限制不能太高；

◆只適用于流體清潔且不易結垢，兩流體溫差不大或溫差較大但殼程壓力不高的工作場合。

三、浮頭式換熱器

浮頭換熱器是管殼式換熱器的一種，它有一端管板不與外殼相連，可以沿軸向進行自由浮動，也稱為浮頭。浮頭由浮動管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內抽出。

浮頭式換熱器的優點是：

◆若換熱管與殼體有溫差存在，即殼體或換熱管膨脹時，不會產生溫差應力；

◆管束可從殼體內抽出，便于管內和管間的清洗。

浮頭式換熱器的缺點是：

◆結構較復雜，用材量大，造價高；

◆如果浮頭蓋與浮動管板之間密封不嚴，會發生內漏，造成兩種介質的混合。

四、U型管式換熱器

U形管式換熱器是管殼式換熱器的一種，它由管板、殼體、管束等零部件組成。U型管式換熱器的每根管子都彎成U型，進出口分別安裝在同一管板的兩側，封頭用隔板分成兩室，由此，每根管子都可以自由伸縮，而與其他管子和殼體無關。

U型管式換熱器的優點是：

◆管束可以自由浮動，無須考慮溫差應力，可用于大溫差場合；

◆它只有一塊管板，法蘭數量少，泄露點少、結構簡單；

◆U型管式換熱器運行可靠，造價低。

U型管式換熱器的缺點是：

◆管內清洗比較困難。由于管子需要有一定的彎曲半徑，管板的利用率較低；

◆管束最內層的管間距大，殼程易短路。當管內流速太高時，將會對U形彎管段產生嚴重的沖蝕，影響其使用壽命；

◆內層管若損壞就不能更換，因而報廢率較高。

五、噴淋式換熱器

噴淋式換熱器是管式換熱器的一種，是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內流動，冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器。噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜，管外給熱系數較沉浸式增大很多。另外，噴淋式換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發亦帶走一部分熱量，可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用。和沉浸式換熱器相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

噴淋式換熱器的優點是：

◆結構簡單、造價便宜；

◆可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用；

◆能耐高壓；

◆便于檢修、清洗，水質要求低。

噴淋式換熱器的缺點是：

◆冷卻水噴淋不均會影響傳熱效果；

◆只能安裝在室外。

六、套管式換熱器

套管式換熱器是管式換熱器的一種，是由兩種尺寸不同的標準管連接而成的同心圓套管，外面的叫殼程，內部的叫管程。兩種不同介質可在殼程和管程內逆向流動（或同向）以達到換熱的效果。套管式換熱器通常由殼體（包括內殼和外殼）、U型肘管、填料函等組成。

套管式換熱器的優點是：

◆結構簡單，能耐高壓；

◆傳熱面積可根據需要增減，應用方便。

套管式換熱器的缺點是：

◆管間接頭多，易泄露；

◆占地面積較大，單位傳熱面消耗金屬量大。

七、夾套式換熱器

夾套式換熱器是板式換熱器的一種，在容器外壁安裝夾套制成，結構簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數也不高。為提高傳熱系數且使釜內液體受熱均勻，可在釜內安裝攪拌器。當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側的給熱系數。為補充傳熱面的不足，也可在釜內部安裝蛇管。夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。

夾套式換熱器的優點是：

◆結構簡單；

◆加工方便。

夾套式換熱器的缺點是：

◆傳熱面積小，傳熱效率低。

八、螺旋板式換熱器

螺旋板換熱器屬于板式換熱器的一種，是由兩張平行的金屬板卷制而成，在其內部形成兩個同心的螺旋形通道。換熱器中央設置隔板，將螺旋形通道隔開，兩板之間焊有定距柱以維持通道間距。

螺旋板式換熱器的優點是：

◆傳熱系數高；

◆不易結垢和堵塞；

◆能利用溫度較低的熱源；

◆結構緊湊。

螺旋板式換熱器的缺點是：

◆操作壓強和溫度不宜太高；

◆不易檢修。

九、熱管換熱器

熱管是由一根抽除不凝性氣體的密封金屬管內充以一定量的某種工作液體而成。工作液體在熱端吸收熱量而沸騰汽化，產生的蒸汽流至冷端冷凝放出潛熱，冷凝液回至熱端，再次沸騰汽化。如此反復循環，熱量不斷從熱端傳至冷端。

熱管換熱器的優點是：

◆結構簡單，使用壽命長，工作可靠；

◆具有極高的導熱性、良好的等溫性；

◆冷熱兩側的傳熱面積可任意改變、可遠距離傳熱、可控制溫度。

其缺點是：

◆抗氧化、耐高溫性能較差。

換熱器使用注意事項：

◆保持管網清潔。無論是在工作前還是工作完成后，都必須清洗管網，避免發生換熱器堵塞的現象。此外，要注意對除污器和過濾器的清洗，讓整個換熱工作順利完成。

◆嚴格把關軟化水。在進行供熱介質處理前，要檢查系統中和軟化罐中的水質問題，確定水質合格后可注入。

◆檢驗新系統。對于新近的系統，不能立刻使之與換熱器進行交替使用，而要使新系統在指定的時間段內運行，在完成運行檢驗后，才能把換熱器并入系統中。這樣做的目的是避免管網中的雜質破壞換熱器的內部設備。