（新疆天智辰業(yè)化工有限公司，石河子市，832000） 趙小強

1 引言

國家倡導綠色生產(chǎn)，在確保生產(chǎn)工藝科學環(huán)保的基礎上，以最小的能源損耗獲得最大的經(jīng)濟效益。隨著新時代的各種新型工藝、新型技術、新型材料的不斷發(fā)展，以及能源枯竭問題日益嚴重，人們不得不采用一些新的技術設備，盡量建設能源的損耗，換熱器便在這一過程中被研發(fā)出來。換熱器的作用是將熱量從溫度較高的流體向溫度較低的流體傳遞，這個作用可以廣泛地運用到化工生產(chǎn)中，化工生產(chǎn)工藝流程往往存在著許多的熱交換過程，利用換熱器便合理地分配熱量，實現(xiàn)工藝的優(yōu)化。換熱器的性能會對產(chǎn)品品質(zhì)、能量利用率、系統(tǒng)的可靠性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟性起著重要的作用，對于熱交換器的研究仍在繼續(xù)。在一些發(fā)達國家，他們使用的換熱器設備已經(jīng)實現(xiàn)了絕大部分的熱回收。換熱設備在石油煉制等領域運用十分廣泛，在全部工藝設備中占有40%左右的比重，這些換熱器中以管殼式換熱器為主，緊湊換熱器等次之。隨著工業(yè)裝置的高效率化和大型化，換熱器也向著大型化發(fā)展。

2 管殼式換熱器簡介及其運用

管殼式換熱器是目前運用最廣的一類換熱器，有關這種換熱器的理論研究和設計技術都相當完善，并且可靠性高。這種傳熱器被各國爭相研究，大大改善了該換熱器的傳熱性能。

2.1 螺紋管和低齒管式換熱器

低齒管在美、英、日、德等國家均有生產(chǎn)和使用，適用于管內(nèi)的給熱系數(shù)大于或等于關外給熱系數(shù)的兩倍的時候。而管外螺紋的傳熱管能夠有效地提高傳熱系數(shù)。

2.2 螺旋槽管式換熱器

這種換熱器采用的是被擠壓有單頭或多頭螺旋管，這種傳熱管主要通過兩種流動方式進行管內(nèi)傳熱強化，其一，便是螺旋槽對近壁處的流體流動起到的限制作用，讓管內(nèi)的流體進行螺旋式的運動來產(chǎn)生局部二次流；其二，就是螺旋槽引起的形體阻力，導致了逆向壓力梯度的產(chǎn)生，使邊界層出現(xiàn)分離。相對于光管，這種螺旋槽管的管內(nèi)傳熱效率擁有明顯的優(yōu)勢。此外，這種螺旋槽管能夠用于液液傳熱、液氣傳熱和氣氣傳熱的強化，而且這種管還具有較強的抗污垢性能和高度，被廣泛的用于動力、船舶煉油、海水淡化、石油化工等工藝的導熱回收換熱設備上。

2.3 內(nèi)波紋式螺旋管換熱器

這種換熱器是用專業(yè)的設備將光管加工，變成內(nèi)波紋螺紋管，這是對傳熱原件管束進行優(yōu)化的結果。通過對光管的軋制，將傳熱面積擴大到原本的三倍左右，同時借助于管內(nèi)的螺旋狀波紋能夠有效地提高紊流的脈動性，減小流體與流體層、管壁之間的摩擦，改進介質(zhì)邊界層的流動狀態(tài)，最終達到良好的強化傳熱的效果。某煉油廠經(jīng)過實驗比較，得知波紋管換熱器的總傳熱系數(shù)是光管換熱器的2.7倍，在工業(yè)生產(chǎn)時，有兩臺代三臺的能力，有效地減少了換熱群體的數(shù)量。

2.4 折流桿換熱器

折流桿換熱器是管殼式換熱器的一種，它將原本的折流板變?yōu)檎哿鳀?，這樣能有效地改善傳性能。這種換熱器很早以前就是研究的熱點，于80年代，低齒管的折流桿換熱器就已經(jīng)誕世，這種換熱器的總傳熱系數(shù)相比與傳熱管殼式的有所提高，殼程壓降低了一半?，F(xiàn)如今，折流桿換熱器被廣泛地運用在沸騰、冷凝以及單向等工況中，例如胺重沸器、氣體預熱換熱器、生物技術發(fā)酵罐冷卻盤管等。

2.5 強化沸騰傳熱的高效沸騰傳熱器

這種傳熱器采用的是高效沸騰傳熱管作為傳熱管，這中傳熱管是以光滑管為原材料，通過機械加工或是燒結、電化學腐蝕讓其表面呈現(xiàn)許多有規(guī)則的三角形小孔，小孔是通過其下方的隧道相互連接的，這種特殊的表面結構強化了沸騰傳熱，這種管被世界血多的儀器公司紛紛采用，曾經(jīng)被譽為世界上最佳強化傳熱管之一。這種傳熱器除了在制冷劑的蒸發(fā)上廣泛運用外，也能用于海水溫差發(fā)電、輕烴的分離、水溶液的蒸發(fā)、廢熱余熱的動力回收以及地熱發(fā)電等低溫差沸騰傳熱過程中。

2.6 強化冷凝傳熱鋸齒形翅片管傳熱器

這種傳熱器使用的是鋸齒形翅片管，這種管是新進發(fā)展起來的冷凝傳熱管。相比于螺紋管，鋸齒管的翅片距更小，由于在其翅片的邊緣處開有鋸齒狀的缺口，可以讓其具備有更大的外涂面積，具備比螺旋管更大的傳熱面積。于翅片頂部是錯開鋸齒形狀，所以使得冷凝液的流動呈擾動狀態(tài)，有利于冷凝液膜的對流傳熱，故而其管外的熱凝傳熱系數(shù)遠遠大于光管和低管。合肥通用機械研究與華南理工大學聯(lián)合，共同研制了使用了“S+C”的氟里昂冷凝器，這種管的傳熱系數(shù)高達9400w/m2·K，相比原來使用的螺紋管冷凝器，熱傳系數(shù)數(shù)提高了一倍以上，還能節(jié)省一部分材料。

3 板式換熱器及其應用

由于傳熱理論的的不斷發(fā)展與機械加工技術的不斷提高，換熱器也在不斷改進和發(fā)展。目前國內(nèi)也出現(xiàn)了許多新型的、高效的換熱器，它們在傳熱面積的增大上做出了很大的努力。

3.1 焊接板式換熱器

在換熱器的研究過程中，曾經(jīng)用焊接結構替換了原來的橡膠墊密封，出現(xiàn)了全焊式和半焊式的辦事?lián)Q熱器，這樣彌補了原本的墊片材料不耐高溫、不耐腐蝕以及不耐壓方面的不足，其中，腐蝕介質(zhì)大都采用板式換熱器，這些年來，板式換熱器得到了很大的發(fā)展。繼德國與日本研發(fā)的千代田BAVARIA型的混合焊接板式換熱器后，Nouvelles公司又研發(fā)了Packinox型換熱器，這種換熱器在煉油廠中代替了原本的列管式換熱器，這種換熱器可用各種合金制成，擁有較大的表面積，一致得到推廣運用。

3.2 螺旋板式換熱器

螺旋板式換熱器運用也較為廣泛，這種換熱器主要結構是可以拆換的，大都是板邊結構。這種板式結構實質(zhì)上就是兩端的通道密封不采用圓鋼結構，而是整體中心隔板。采用的金屬材料除了不銹鋼以外，還會使用到諸如鎳鉻合金、鈦和鈦合金、蒙乃爾合金、銅鋁合金等可焊接的合金。目前我國使用的螺旋板式換熱器多數(shù)是不可拆型的，使用的金屬材料多為碳鋼和不銹鋼，也有少量使用鈦和鈦合金。

3.3 可拆板式換熱器

近年來，研究者們對換熱器的結構進行了很大的改進，并且密封槽式結構和密封片材料也在一直發(fā)展，使得板片的制造技術得到了普遍的提高和發(fā)展，推進了板式換熱器的應用。英國APV公司就積極研發(fā)這種換熱器，他們制造的單片面積最大可達5m2左右，換熱器內(nèi)可容納700片單片，單臺換熱面積非常可觀。GEA也曾對板片進行了研究，他們開發(fā)了一種槽口上窄下寬的梯形板片，板片槽與之過盈配合實現(xiàn)將墊片緊壓的目地。我國的板式換熱器與上世紀80年代才得到較大的發(fā)展，四平式換熱器總廠和邯鄲式板式換熱器工貿(mào)公司相繼研發(fā)了單片面積為2平方米和2.7平方米的單片，用于制造板式換熱器。

4 結束語

換熱器在世界各國工業(yè)生產(chǎn)工藝中普遍使用，它不但對國名經(jīng)濟產(chǎn)生一定的影響，也會對工業(yè)生產(chǎn)的的經(jīng)濟性以和可靠性、產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率起著舉足輕重的作用?，F(xiàn)如今，世界各國對換熱器理論研究和新型換熱器的開發(fā)已經(jīng)進入到高層次的探索階段，并且涉及到廣闊的領域，這就需要我們不斷發(fā)展綜合技術水平，才能確保換熱器得到的不斷提高和改進。此外，還應進一步擴大新型換熱器的實用化范圍，在各種生產(chǎn)工藝中推廣具有高效、低成本、低能耗、性能優(yōu)越的換熱器，借鑒國外的一些先進的換熱器技術，提高我國的換熱器技術，使其更好的為我國的化工工藝服務。

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