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1.2 课题的目的和意义
1.2.1 换热器的分类
换热器是化工、炼油工业中普遍应用的工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传给低温流体。
换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是在耗能用量十分大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、工况、温度和压力的换热器，其结构和型式也不相同。按传递过程分类，换热器可分为间壁式、混合式及蓄热式3类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。
间壁式换热器在各工业部门中使用极其广泛，担负着各种换热任务，例如用以加热、蒸发、冷凝和废热回收等。由于它们的使用条件和要求差别很大，如容量、温度、压力和工作介质的性质等，涉及的范围极广，结构型式也多种多样。它按结构特点分为管式换热器、板式换热器、夹套式换热器等。管式换热器又可以分为沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、管壳式换热器。其中，管壳式换热器是最常用的一种，被誉为工业过程的“传热之母”，广泛应用于电厂、化工及过程工业领域。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器由于适用性广，仍将占主导地位。一般管壳式换热器与其它类型的换热器比较有以下主要技术特性：
⑴耐高温高压，坚固、可靠、耐用；
⑵制造应用历史悠久，制造工艺及操作、文修、检验技术成熟；
⑶选材广泛，适用范围大。
由于世界性的能源危机，工业生产中对换热器的需求量越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。在近代的许多化工过程中，如裂解、合成及聚合等，大都要求在高温高压下进行，有的压力高达250MPa，温度高达7500℃，在这样的条件下，尤其还存在腐蚀的情况下，实现换热更困难。而管壳式结构具有选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、能承受高温和高压等特点。一方面，伴随着现代化工厂生产规模的日益增大，换热设备也相应向大型化方向发展，以降低动力消耗和金属消耗；另一方面，随着精细化工的迅速崛起，换热设备也有向小而精方向发展的趋势，管壳式结构的换热器能满足这样的要求。
根据热补偿方法的不同，管壳式换热器分为以下几种主要形式：
⑴固定管板式换热器，见图1-1
图 1 1
固定管板式换热器的典型结构是管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点是壳程清洗和检修困难，要求壳程流体必须是洁净而不易结垢的物料，壳体和管束中可能产生较大的热应力。适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。
⑵浮头式换热器，见图1-2
图 1 2
浮头式换热器的典型结构是两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动称为浮头。优点是管间和管内清洗方便，不会产生热力。缺点是结构复杂，造价比固定管板式换热高，设备笨重，材料消耗量大，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
⑶U型管式换热器，见图1-3
图 1 3
U形管式换热器的典型结构是只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。其主要缺点是U形管具有一定的弯曲半径，故管板的利用率较差，管内不易清洗，U形管更换困难。优点是结构比较简单、价格便宜，承受能力强。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。
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