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换热设备

书籍：制盐工业手册

出处：按学科分类—工业技术中国轻工业出版社《制盐工业手册》第1028页（4106字）

蒸发制盐中，换热设备用于蒸发制盐、预热卤水、冷却母液等，主要采用列管式换热器，近年来也陆续采用新型换热器。下面介绍列管式、板式、膜式、套管式4类热交换器。

(一)列管式换热器

通常按使用要求设计，常为非标设备。

1．用作蒸发罐加热室热交换器。

(1)标准罐型的加热室见图3－4－33。

图3－4－33 标准型蒸发罐加热室结构示意图

主要结构特点：①中央管作为料流循环流道，其截面一般应等于加热管截面总和。②加热管经多选用50mm(内径)，管长1．5～3．5m。③有较高传热温差(18～25℃)时，一般采用自然循环；采用强制循环时，在中央管下部设轴流泵壳与导流叶，传热温差可降低到6～12℃，循环流体流速0．8～1．3m／s。④中央管上下端各需延长，超出花板距离≥0．6m，避免料流短路。

(2)外热式强制循环蒸发罐加热室，见图3－4－34。

图3－4－34 外热式蒸发罐加热室结构示意图

主要结构特点：①加热管径多选用30～38mm(内径)，管长5．0～7．0m。②管内流体流速1．6～2．5m／s。③通过上下锥与循环管路连通，循环管截面应为加热管截面和的1．0～1．1倍。④壳程有设汽带、汽道(图3－4－34A)或只设横隔板(图3－4－34B)两种。

2．预热或冷却卤水用的换热器：图3－4－35。

图3－4－35 预热或冷却卤水用的换热器结构示意图

A－用于汽－液热交换 B－用于液－液热交换

主要结构特点：①图A用汽体作为换热介质，图B用液体作换热介质。②管径常用Φ20～45mm(外径)，管长3．0～7．0m。③管内多做成多程，流体流速0．2～1．0m／s，壳程多为单程。④多为立式安装，用液体作换热介质的也可卧式安装。

(二)板式换热器

是一种新型高效紧凑的换热设备，主要用于液－液热交换。优点是传热效率高，便于拆卸、清洗、检修，热惯性小，工艺适应性大，重量轻，占地小等。

1．外型结构见图3－4－36。板式换热器的主要部件有：固定端板、活动端板、拉杆螺栓、板片组、上下导柱及支架。板片组包括的板片多少视传热面积大小而增减，板片组在两端板间用拉杆螺栓夹紧，板片组合时藉导柱保持位置的对正。冷热物料的进出口管可设在端板同侧或异侧。

图3－4－36 板式换热器外形结构示意

1－固定端板 2－板片组合 3－活动端板 4－拉杆螺栓 5－上下导枝 6－支架

2．板片与密封垫板片由约1mm金属薄板压制而成，四角有过液孔，周围设密封垫槽，板片面上压成花纹增加流体湍动，见图3－4－37、3－4－38。密封填材料有丁腈橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶以及石棉橡胶纸箔板等，视工作温度不同选用。

图3－4－37 板片与密封填垫

1－压型板片 2－液流孔4个 3－布液槽 4－板片组合导孔2个 5－密封垫槽 6－密封垫

图3－4－38 压型板片花纹示意图

3．板片流道见图3－4－39。

图3－4－39 板面流道示意图

板片上①②③④为液流孔，液流孔与板面间有布液槽联系。藉密封垫可将板片流道组合成单边流与对角流两种型式。板片分甲、乙两种，每两片组成一对。甲种：料液由①孔进入A板面，由②孔流出板面。乙种：料液由③孔进入B板面，由④孔流出板面(并流)；或由④孔进入B板面，由③孔流出板面(逆流)。

4．板片组的流程组合见图3－4－40。

图3－4－40 板片组流程组合示意图

板片组可组合成单程，也可为多程。每程中为多流道。流道数(Z)与每板片的传热面积(F)的乘积为该程传热面积。多程板片组的总面积(S)为：

由图3－4－40可见，组合成一个单程板片组时，除通用板片外，还应配四片特种板片，A、B各2片；多程时，每加一程，另增3片。其特殊之点是液流孔要按流程和流道的组合方式封堵。

5．板片组的传热特性和流阻特性见图3－4－41、图3－4－42。

图3－4－41 板式预热器的传热特性曲线

图3－4－42 板式预热器的流阻特性曲线

由图可知，预热器传热特性在流速0～0．4m／s时，传热系数随流速增加增长快，以后逐渐趋缓。而流体阻力在0～0．4m／s范围增长较缓。因此板式预热器宜在较低的流体流速工况下运行。

(三)套管式换热器

结构与列管式相似，适用汽－液和液－液热交换。见图3－4－43。

图3－4－43 套管式换热器结构示意图

1－上顶盖 2－内管上花板 3－外管上花板 4－外壳 5－外管下花板 6－内管下花板 7－下底盖

内管与外管之间的环隙距离大致为4～10mm。可选择相应管径和壁厚的管道组成。为便于设备维修，内管的上下管头与内管花板的连接采用滑动配合，用O形密封圈密封。通过环隙的物料可以通过外管和内管两方向的换热面进行热交换，通过环隙的料流容易达到湍流状态，因此也有较高的传热系数。

套管换热器的环隙当量直径可按下式计算：

式中 d_e——环隙当量直径(mm)

d_i——外管内径(mm)

d_a——内管外径(mm)

(四)降膜式换热器

结构见图3－4－44。兼有换热和蒸发的功能。加热介质可为汽体或液体。也可用于冷却或冷凝。

图3－4－44 降膜式换热器

物料从进料管口进入上盖，通过淋水板和布水器，将料液均匀分布于加热管内壁，形成一薄层，与管外的介质进行热交换。根据运行条件，料液也可在换热过程同时发生蒸发，然后在分离器内汽液分离，汽体由汽管口导出。

布水器的优劣，直接影响换热的效果。布液不均会发生焦壁或局部过热，降低传热效果。降膜布水器的形式有多种，常见的3种见图3－4－45。图中1是圆柱体上开设螺旋形沟槽的分配器，料液经螺旋形沟槽导流到管内壁；2是中央开导流孔的圆塞，料液经导流孔、辐射孔流向管内壁，在管壁与分配器下底之间的环隙中形成液膜流下，下底的端面向内凹入，以免液体再向中央聚集；3是悬挂式分配器。1、2两种布水器加工要求较高，布水效果好，3式制作方便，布水效果稍差。分配器应选用耐腐不易变形的材料制作。