換熱器應用與發展前景

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部門廣泛使用的一種通用設備， 在生產中占有重要地位。在化工生產中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等，應用更加廣泛。據統計， 在現代化學工業中換熱器的投資大約占設備總投資的30% ， 在煉油廠中占全部工藝設備的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研究的結果表明， 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， 還是殼程的折流結構都比傳統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構設計等方面也均有了新的進步。

關鍵詞：換熱器；換熱器應用；發展前景

1.管殼式換熱器的形式結構與原理

管殼式換熱器是目前應用最為廣泛的換熱設備，它的特點是結構堅固、可靠高、適應性廣、易于制造、處理能力大、生產成本低、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、帶膨脹節式換熱器、分段式換熱器及套管式等幾種。根據介質的種類、壓力、溫度、污垢和其他條件，管板與殼體的連接的各種結構特點，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.換熱器應用

換熱器的應用廣泛，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所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設備之一。換熱器既可是一種單元設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設備的組成部分，如氨合成塔內的換熱器。換熱器是化工生產中重要的單元設備，根據統計，熱交換器的噸位約占整個工藝設備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。

近幾年來， 隨著高溫熱管技術研究的不斷成熟和深入， 高溫熱管換熱器的應用領域逐漸擴大， 目前已廣泛應用于工業、民用和國防等各個領域。在冶金、化學、陶瓷、建材及輕工等工業生產中， 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空氣加熱器所無法解決的傳熱難題。

強化傳熱元件的開發研究必然會帶來多種殼程折流結構的進步，強化傳熱元件管內流動狀態的改變，管間折流形式要研究相應的結構與之相適應，這樣才能達到管 內與管間整體強化傳熱效果。工業應用結果表明了多種強化 傳熱元件的研究成果是一個基礎，新型殼程折流結構（如折 流桿、整圃槽孔折流柵板、空心環折流網板等）的開發使管殼 式換熱器的折流結構不斷變化。目前，可以根據不同的操作 條件，不同的使用工況，組合成各種新型高效的換熱器

3.換熱器的發展前景

換熱器發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品，由于國防工業技術的不斷發展，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。對材料的噴涂，我國已從國外引進生產線。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導熱性，價格比鈦材便宜，應予注意。近年來國內在節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，使企業成本降低，效益提高。

隨著我國工業化和城鎮化進程的加快，以及全球發展中國家經濟的增長，國內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業的快速發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，我國國民經濟仍將保持較快發展。石油化工、能源電力、環境保護等行業仍然保持穩定增長，大型乙烯項目、大規模的核電站建設、大型風力發電場的建設、太陽能光伏發電產業中多晶硅產量的迅速增長、大型環境保護工程的開工建設、海水淡化工程的日益成熟，都將對換熱器產業產生巨大的需求拉動。

4.結束語

換熱器在國民經濟和化工生產領域中對產品質量、能量利用率以及系統經濟性、可靠性起著舉足輕重的作用，因此開發新型高效和結構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：

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