張 健,顧守巖,魏朋麗,王海軍（.遼寧省輕工設(shè)計(jì)院有限公司,00;.沈陽(yáng)派司鈦設(shè)備有限公司, 0000; .遼寧東安安全技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司,000;.長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心,700）

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化工用換熱器的應(yīng)用與研究

張 健1,顧守巖2,魏朋麗3,王海軍4
（1.遼寧省輕工設(shè)計(jì)院有限公司,110031;2.沈陽(yáng)派司鈦設(shè)備有限公司, 110000; 3.遼寧東安安全技術(shù)咨詢服務(wù)有限公司,110004;4.長(zhǎng)慶油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心,710021）

摘要：在國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的階段，化工產(chǎn)業(yè)也有了不小的突破，社會(huì)對(duì)化工換熱器方面提出的需求量也不斷提升。因此，相關(guān)領(lǐng)域?qū)Υ朔矫娴膽?yīng)用研究愈加關(guān)注與重視。

關(guān)鍵詞：化工業(yè)；換熱器；應(yīng)用；研究進(jìn)展

現(xiàn)階段換熱器在社會(huì)各行各業(yè)中得到了比較廣泛的應(yīng)用，比方說(shuō)石油、電力、化工等行業(yè)更是其中應(yīng)用規(guī)模相對(duì)較大的領(lǐng)域。而伴隨工業(yè)技術(shù)的改革與發(fā)展，國(guó)際上越來(lái)越多的國(guó)家對(duì)這方面的投入與關(guān)注增大。我國(guó)這些年在這方面合理借鑒國(guó)際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)使得換熱器技術(shù)研究取得不錯(cuò)的成效。想要更加有效的提升換熱器綜合效率，滿足日益龐大的市場(chǎng)需求，研究換熱器的應(yīng)用也就顯得尤為有必要性。

1 國(guó)內(nèi)化工換熱器概述

1.1 化工換熱器類型科技發(fā)展給社會(huì)各行各業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)也推動(dòng)了換熱器的進(jìn)步與應(yīng)用，促使產(chǎn)品類型逐漸多樣化?，F(xiàn)階段對(duì)換熱器的分類方式存在許多種，根據(jù)其傳熱原理進(jìn)行劃分，可以將換熱器歸納為流體連接間接式、表面式、蓄熱式、直接接觸式幾大類型。而根據(jù)用途進(jìn)行劃分，可以將其歸納為加熱器、蒸發(fā)器等。根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，又可以將其規(guī)劃為固定管板式、板式、U型管板等。除此之外，還可以根據(jù)冷熱流體流動(dòng)的方向、傳量方式等進(jìn)行劃分。

1.2 高效換熱器發(fā)展

所謂的“高效”即換熱器傳熱階段在單位時(shí)間、傳熱面積范圍內(nèi)最大限度的提高傳遞的熱量。選擇使用高效傳熱技術(shù)也就是為了通過(guò)最經(jīng)濟(jì)換熱設(shè)備對(duì)熱量按照規(guī)定的量進(jìn)行傳遞。也可以是通過(guò)高效冷卻方式確保高溫部件工作狀態(tài)健康有序運(yùn)轉(zhuǎn)。因此也就設(shè)計(jì)合理性方面提出了更高的要求，需要制造出高效換熱器，從而節(jié)約成本、耗費(fèi)、能源等。當(dāng)前國(guó)內(nèi)關(guān)于高效換熱器方面的研究與發(fā)展從總體上分析大致分為兩個(gè)方向，一面是開(kāi)發(fā)出新品種，比方說(shuō)板翹式、振動(dòng)盤管式等緊湊式換熱器。另一面是基于傳統(tǒng)換熱器基礎(chǔ)上對(duì)傳熱加以強(qiáng)化。而高效傳熱新技術(shù)促使能耗相對(duì)比常規(guī)而言至少降低了百分之二十。由此可見(jiàn)，換熱器設(shè)計(jì)合理性的重要程度，并且其運(yùn)轉(zhuǎn)與改進(jìn)方面對(duì)成本節(jié)省同樣有著不可低估的作用。

2 進(jìn)展與應(yīng)用

2.1 化工換熱器領(lǐng)域最主要的四大產(chǎn)品

現(xiàn)階段，化工換熱器在社會(huì)上應(yīng)用比較廣泛的四大產(chǎn)品主要是板式、管式、空冷式以及板翹式。首先就板式換熱器而言，可以說(shuō)是其中使用年限最長(zhǎng)的一種換熱器類型，并且還是最典型的一種間壁式換熱器。這種類型的換熱器又可以劃分成焊接式、可拆式兩種。前者主要是通過(guò)焊接達(dá)到密封的目的，比較耐高溫、高壓，也比較耐腐蝕，而且還不容易泄露。但又由于難以清洗使得其僅在不結(jié)垢介質(zhì)換熱環(huán)境中比較適用。后者則通過(guò)橡膠墊達(dá)到密封換熱片的目的，這樣很大程度的方便了拆洗工作，也增強(qiáng)了靈活性，能夠在多種場(chǎng)合根據(jù)情況對(duì)換熱片數(shù)量進(jìn)行增減。還能夠?qū)⑵洳鸾馇逑矗皇且蚴艿矫芊獠牧系南拗?，使得其無(wú)法再高溫高壓工作條件下正常應(yīng)用。最近幾年焊接式類型的換熱器在適用環(huán)境方面得到了更大的改善，可以適合更廣泛的環(huán)境，在國(guó)內(nèi)獲得了不小的發(fā)展。然后就管殼式類型的換熱器而言，基本構(gòu)成部分包含了殼體、管束、管板、封頭等，借助內(nèi)部螺旋管實(shí)現(xiàn)傳熱。對(duì)比起板式換熱器而言這種類型的結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以換熱效率也就比板式換熱器低一些。但管殼式散熱器存在許多優(yōu)勢(shì)，比方說(shuō)占地面積較小，能夠更加有效的節(jié)省材料，具有很強(qiáng)的可靠性等等。尤其是在推出GMP認(rèn)證之后，比如對(duì)于制藥等行業(yè)，具有比較高水平的安全要求，管殼式成功對(duì)板式形成了替換，成為在許多行業(yè)中企業(yè)的首要選擇。

此后，就是空冷式換熱器，其能夠?qū)h(huán)境中的空氣介質(zhì)作為冷卻介質(zhì)，通過(guò)風(fēng)機(jī)對(duì)其加以利用，讓管內(nèi)部高溫工藝流體可以通過(guò)這種方式更加良好的冷卻下來(lái)。空冷器單元受到翅片管束、框架以及風(fēng)機(jī)這幾大部分與檢修平臺(tái)等輔助部分構(gòu)成的。因以自然空氣為冷卻介質(zhì)，使得水資源得到很好節(jié)約，從而有效降低了工業(yè)污水排放量，保護(hù)了環(huán)境。最后就是板翅式換熱器，此類型換熱器的板束單元結(jié)構(gòu)是隔板、封條與翅片這三部分構(gòu)成的。其傳熱在隔板與翅片表面上同時(shí)進(jìn)行，前者是一次傳熱，后者是屬于擴(kuò)展的二次傳熱。此類型換熱器結(jié)構(gòu)比較緊湊，也很輕巧，擁有較高的傳熱強(qiáng)度，深受該領(lǐng)域相關(guān)人士的歡迎。最近這些年，以杭州抗氧股份為代表的諸多企業(yè)對(duì)此類型換熱器結(jié)構(gòu)域翅片規(guī)格進(jìn)行了相關(guān)規(guī)范，使用全新的工藝以及方法，在設(shè)計(jì)、研發(fā)等環(huán)節(jié)加大投入，可以促進(jìn)研發(fā)進(jìn)展。

2.2 新型換熱器

傳統(tǒng)折流板管殼式換熱器在實(shí)際的應(yīng)用中，表現(xiàn)出了不少顯著問(wèn)題，比如流動(dòng)死區(qū)過(guò)大、壓降損失高、傳熱效率差以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等一系列問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在使得其應(yīng)用受到阻礙。也正由于這些缺陷的存在使得能源利用率被大大降低，導(dǎo)致工業(yè)排放量增大。在這種情況下，螺旋流動(dòng)傳熱的強(qiáng)化，結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，很大程度上方便了加工與安裝。因此在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)Fluent軟件數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分析，成功設(shè)計(jì)出一種新型螺旋繞絲管殼式換熱器。此類型新品種再設(shè)計(jì)過(guò)程中采用將管束支撐結(jié)構(gòu)化整為零的簡(jiǎn)化思想觀念，使制造起來(lái)難度較高的囊括了整個(gè)管束的大型螺旋曲面得以簡(jiǎn)化。鄰近管子間的流體在流動(dòng)過(guò)程中不可避免會(huì)互相干擾，而且在干擾過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)新擾動(dòng)，引起許多渦體流動(dòng)推動(dòng)流體微團(tuán)融合。這在一定程度上可以增強(qiáng)對(duì)流傳熱系數(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)能量利用率的提升，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗的目標(biāo)。螺旋繞絲類型的換熱器不但擁有非常良好的換熱性能，還只需要較少的制造成本，而且在節(jié)能減排上也可以做出很大的貢獻(xiàn)。

2.3 矩形自支撐縮放管換熱器

工業(yè)領(lǐng)域各種類型的管殼式、板殼式等換熱器的應(yīng)用比較廣泛，但因這些換熱器自身存在缺陷，比方說(shuō)有的管壁厚，有的金屬消耗量比較大，有的容易泄露等。因此，國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域人士對(duì)這方面提出了全新的想法，比如使用旋流片，通過(guò)這種方式對(duì)矩形縮放管管束換熱器起到較為全面的支撐作用。并在這樣的基礎(chǔ)條件上，對(duì)支撐矩形縮放管管束換熱器的形式進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，通過(guò)這樣的方式可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)非常重要的作用，一方面能夠起到支撐傳熱管的作用，另一方面可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱的作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)化工換熱器四大主要品種的以及應(yīng)用情況的了解，可以更深入的了解到我國(guó)高效換熱器研究的進(jìn)展情況與應(yīng)用詳情。就我國(guó)現(xiàn)階段化工換熱器而言，無(wú)論是研究領(lǐng)域還是實(shí)踐應(yīng)用方面都獲得了很大的進(jìn)展，甚至于某些個(gè)別產(chǎn)品在國(guó)際舞臺(tái)上都是先進(jìn)的。但是化工企業(yè)未來(lái)還有很長(zhǎng)一段快速發(fā)展的時(shí)間，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)換熱器產(chǎn)品提出的需求量也會(huì)不斷增多，對(duì)新產(chǎn)品的各方面性能要求也會(huì)逐漸提升。因此想要保持化工換熱器行業(yè)的快速穩(wěn)定發(fā)展，必須加強(qiáng)對(duì)這方面的深入研究與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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張健.性別，男 出生年，1981 籍貫，遼寧阜新.職稱，助理工程師 職位，設(shè)計(jì)員 研究方向 化工工藝與壓力容器

Application and research of heat exchanger for chemical industry

Zhang jian1,Gu Shouyan2,Wei Pengli3,Wang Haijun4
（1.liaoning light industry design institute co.ltd,110031;
2.Shenyang pass Titanium Equipment Co.Ltd, 110000;
3.Dongan Liaoning security technology consulting service Co.,Ltd.,110004;
4.Testing center of Changqing Oilfield Company,710021）

Abstract：In the rapid development of the domestic social and economic stage,the chemical industry has not a small breakthrough,the community on the chemical heat exchanger demand is also rising.Therefore,the relevant fields of application research in this area has become more concerned with.

Keywords：chemical industry;heat exchanger;application;research progress

作者簡(jiǎn)介