曹影　張成文

摘要：換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械及其他許多工業(yè)部門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， 在現(xiàn)代化學工業(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發(fā)研究的結(jié)果表明， 管殼式換熱器已進入一個新的研究時期， 無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)計等方面也均有了新的進步。

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，它的特點是結(jié)構(gòu)堅固、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、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，傳熱管的形狀與傳熱條件，造價，維修檢驗方面等情況來選擇設(shè)計制造各種管殼式換熱器。

管殼式換熱器由一個殼體和包含許多管子的管束所構(gòu)成，冷、熱流體之間通過管壁進行換熱的換熱器。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，其中換熱管作為導熱元件，決定換熱器的熱力性能。另一個對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程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時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，熱交換器的噸位約占整個工藝設(shè)備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。

近幾年來， 隨著高溫熱管技術(shù)研究的不斷成熟和深入， 高溫熱管換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴大， 目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用和國防等各個領(lǐng)域。在冶金、化學、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足助燃、干燥和供氧等需要， 采用高溫熱管空氣加熱器可以輕易地達到這一要求， 并且從根本上解決常規(guī)空氣加熱器所無法解決的傳熱難題。

強化傳熱元件的開發(fā)研究必然會帶來多種殼程折流結(jié)構(gòu)的進步，強化傳熱元件管內(nèi)流動狀態(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)，這樣才能達到管 內(nèi)與管間整體強化傳熱效果。工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明了多種強化 傳熱元件的研究成果是一個基礎(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告顯示：換熱器的所有種類中，管殼式換熱器是一個量大而品種繁多的產(chǎn)品，由于國防工業(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、高強度材料。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復合材料、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展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強化傳熱，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)。對材料的噴涂，我國已從國外引進生產(chǎn)線。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導熱性，價格比鈦材便宜，應(yīng)予注意。近年來國內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。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。

隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快，以及全球發(fā)展中國家經(jīng)濟的增長，國內(nèi)市場和出口市場對換熱器的需求量將會保持增長，客觀上為我國換熱器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的市場空間。從市場需求來看，在國家四萬億投資的刺激下，我國國民經(jīng)濟仍將保持較快發(fā)展。石油化工、能源電力、環(huán)境保護等行業(yè)仍然保持穩(wěn)定增長，大型乙烯項目、大規(guī)模的核電站建設(shè)、大型風力發(fā)電場的建設(shè)、太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中多晶硅產(chǎn)量的迅速增長、大型環(huán)境保護工程的開工建設(shè)、海水淡化工程的日益成熟，都將對換熱器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的需求拉動。

4.結(jié)束語

換熱器在國民經(jīng)濟和化工生產(chǎn)領(lǐng)域中對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)經(jīng)濟性、可靠性起著舉足輕重的作用，因此開發(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重要方向

參考文獻：

[1]陸民廷 《淺談管殼式換熱器的振動及預防措施》（南寧化工股份有限公司 廣西 南寧 530031） 第39 卷 第7 期 2010 年7 月

[2]汪波 茅靳豐 耿世彬 韓旭 魏鵬 《國內(nèi)換熱器的研究現(xiàn)狀與展望》（1.解放軍理工大學 南京 210007；2.西安陸軍學院 西安 710108）第24 卷第5 期 2010 年10 月）

[3]中國機械工業(yè)聯(lián)合會.四平市換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃 [R].2009年10月

[4] 俞秀民、劉吉普、吳金香，管程內(nèi)循環(huán)流態(tài)化高效換熱器研究，1996，湘潭大學自然科學學報，1996，18（1）：82-85.