曹影　張成文

摘要：換熱器是化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門(mén)廣泛使用的一種通用設(shè)備， 在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30% ， 在煉油廠中占全部工藝設(shè)備的40% 左右， 海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。新型換熱元件與高效換熱器開(kāi)發(fā)研究的結(jié)果表明， 管殼式換熱器已進(jìn)入一個(gè)新的研究時(shí)期， 無(wú)論是換熱器傳熱管件， 還是殼程的折流結(jié)構(gòu)都比傳統(tǒng)的管殼式換熱器有了較大的改變， 其流體力學(xué)性能、換熱效率、抗振與防垢效果從理論研究到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面也均有了新的進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：換熱器；換熱器應(yīng)用；發(fā)展前景

1.管殼式換熱器的形式結(jié)構(gòu)與原理

管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱設(shè)備，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠高、適應(yīng)性廣、易于制造、處理能力大、生產(chǎn)成本低、選用的材料范圍廣、換熱面的清洗比較方便、高溫和高壓下亦能應(yīng)用。管殼式換熱器是把管子與管板連接，再用殼體固定。它的形式大致分為 固定管板式、浮頭式換熱器、U型管式、滑動(dòng)管板式、填料函式、帶膨脹節(jié)式換熱器、分段式換熱器及套管式等幾種。根據(jù)介質(zhì)的種類(lèi)、壓力、溫度、污垢和其他條件，管板與殼體的連接的各種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，傳熱管的形狀與傳熱條件，造價(jià)，維修檢驗(yàn)方面等情況來(lái)選擇設(shè)計(jì)制造各種管殼式換熱器。

管殼式換熱器由一個(gè)殼體和包含許多管子的管束所構(gòu)成，冷、熱流體之間通過(guò)管壁進(jìn)行換熱的換熱器。主要有管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定換熱器的熱力性能。另一個(gè)對(duì)換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板（或折流桿）。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。

2.換熱器應(yīng)用

換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它的主要功能是保證工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱交換器的噸位約占整個(gè)工藝設(shè)備的20%有的甚至高達(dá)30%，其重要性可想而知。

近幾年來(lái)， 隨著高溫?zé)峁芗夹g(shù)研究的不斷成熟和深入， 高溫?zé)峁軗Q熱器的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大， 目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。在冶金、化學(xué)、陶瓷、建材及輕工等工業(yè)生產(chǎn)中， 常需要500℃以上的清潔空氣以滿(mǎn)足助燃、干燥和供氧等需要， 采用高溫?zé)峁芸諝饧訜崞骺梢暂p易地達(dá)到這一要求， 并且從根本上解決常規(guī)空氣加熱器所無(wú)法解決的傳熱難題。

強(qiáng)化傳熱元件的開(kāi)發(fā)研究必然會(huì)帶來(lái)多種殼程折流結(jié)構(gòu)的進(jìn)步，強(qiáng)化傳熱元件管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的改變，管間折流形式要研究相應(yīng)的結(jié)構(gòu)與之相適應(yīng)，這樣才能達(dá)到管 內(nèi)與管間整體強(qiáng)化傳熱效果。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明了多種強(qiáng)化 傳熱元件的研究成果是一個(gè)基礎(chǔ)，新型殼程折流結(jié)構(gòu)（如折 流桿、整圃槽孔折流柵板、空心環(huán)折流網(wǎng)板等）的開(kāi)發(fā)使管殼 式換熱器的折流結(jié)構(gòu)不斷變化。目前，可以根據(jù)不同的操作 條件，不同的使用工況，組合成各種新型高效的換熱器

3.換熱器的發(fā)展前景

換熱器發(fā)展前景的可行性研究報(bào)告顯示：換熱器的所有種類(lèi)中，管殼式換熱器是一個(gè)量大而品種繁多的產(chǎn)品，由于國(guó)防工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。近年來(lái)，我國(guó)在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對(duì)海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再?gòu)?qiáng)化傳熱，效果將更好，目前一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術(shù)。對(duì)材料的噴涂，我國(guó)已從國(guó)外引進(jìn)生產(chǎn)線(xiàn)。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性，價(jià)格比鈦材便宜，應(yīng)予注意。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績(jī)。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。

隨著我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，以及全球發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和出口市場(chǎng)對(duì)換熱器的需求量將會(huì)保持增長(zhǎng)，客觀上為我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)空間。從市場(chǎng)需求來(lái)看，在國(guó)家四萬(wàn)億投資的刺激下，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)仍將保持較快發(fā)展。石油化工、能源電力、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)仍然保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，大型乙烯項(xiàng)目、大規(guī)模的核電站建設(shè)、大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中多晶硅產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)、大型環(huán)境保護(hù)工程的開(kāi)工建設(shè)、海水淡化工程的日益成熟，都將對(duì)換熱器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的需求拉動(dòng)。

4.結(jié)束語(yǔ)

換熱器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和化工生產(chǎn)領(lǐng)域中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、可靠性起著舉足輕重的作用，因此開(kāi)發(fā)新型高效和結(jié)構(gòu)緊湊的換熱器是目前換熱器研究的一個(gè)重要方向

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