换热器应用与发展前景

曹影　张成文

摘要：换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备， 在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。据统计， 在现代化学工业中换热器的投资大约占设备总投资的30% ， 在炼油厂中占全部工艺设备的40% 左右， 海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。新型换热元件与高效换热器开发研究的结果表明， 管壳式换热器已进入一个新的研究时期， 无论是换热器传热管件， 还是壳程的折流结构都比传统的管壳式换热器有了较大的改变， 其流体力学性能、换热效率、抗振与防垢效果从理论研究到结构设计等方面也均有了新的进步。

关键词：换热器；换热器应用；发展前景

1.管壳式换热器的形式结构与原理

管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。管壳式换热器是把管子与管板连接，再用壳体固定。它的形式大致分为 固定管板式、浮头式换热器、U型管式、滑动管板式、填料函式、带膨胀节式换热器、分段式换热器及套管式等几种。根据介质的种类、压力、温度、污垢和其他条件，管板与壳体的连接的各种结构特点，传热管的形状与传热条件，造价，维修检验方面等情况来选择设计制造各种管壳式换热器。

管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。主要有管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板（或折流杆）。管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。

2.换热器应用

换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。

近几年来， 随着高温热管技术研究的不断成熟和深入， 高温热管换热器的应用领域逐渐扩大， 目前已广泛应用于工业、民用和国防等各个领域。在冶金、化学、陶瓷、建材及轻工等工业生产中， 常需要500℃以上的清洁空气以满足助燃、干燥和供氧等需要， 采用高温热管空气加热器可以轻易地达到这一要求， 并且从根本上解决常规空气加热器所无法解决的传热难题。

强化传热元件的开发研究必然会带来多种壳程折流结构的进步，强化传热元件管内流动状态的改变，管间折流形式要研究相应的结构与之相适应，这样才能达到管 内与管间整体强化传热效果。工业应用结果表明了多种强化 传热元件的研究成果是一个基础，新型壳程折流结构（如折 流杆、整圃槽孔折流栅板、空心环折流网板等）的开发使管壳 式换热器的折流结构不断变化。目前，可以根据不同的操作 条件，不同的使用工况，组合成各种新型高效的换热器

3.换热器的发展前景

换热器发展前景的可行性研究报告显示：换热器的所有种类中，管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。

随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家四万亿投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的需求拉动。

4.结束语

换热器在国民经济和化工生产领域中对产品质量、能量利用率以及系统经济性、可靠性起着举足轻重的作用，因此开发新型高效和结构紧凑的换热器是目前换热器研究的一个重要方向

参考文献：

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[2]汪波 茅靳丰 耿世彬 韩旭 魏鹏 《国内换热器的研究现状与展望》（1.解放军理工大学 南京 210007；2.西安陆军学院 西安 710108）第24 卷第5 期 2010 年10 月）

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[4] 俞秀民、刘吉普、吴金香，管程内循环流态化高效换热器研究，1996，湘潭大学自然科学学报，1996，18（1）：82-85.