換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀及前景

換熱器的研究發(fā)展現(xiàn)狀及前景摘隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)等問題日益加劇。世界各國在尋找新能源的同時，也更加注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。強化傳熱技術(shù)的應用不但能節(jié)約能源、保護環(huán)境，而且能大大節(jié)約投資成本。換熱器由于其在化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應用，使得換熱器的強化傳熱技術(shù)一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現(xiàn)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各種不同結(jié)構(gòu)和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。換熱器又稱熱交換器，是一種將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，也是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。換熱器既可是一種單獨的設備，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，如石化、煤炭工業(yè)中的余熱回收裝置等。本文主要介紹了現(xiàn)有換熱器的分類，各種換熱器的特點工作原理及應用情況，對目前換熱器的存在問題和發(fā)展趨勢進行分析。

關(guān)鍵詞：換熱器；強化換熱；研究現(xiàn)狀隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)等問題日益加劇。世界各國在尋找新能源的同時也更加注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。強化傳熱技術(shù)的應用不但能節(jié)約能源、保護環(huán)境，而且能大大節(jié)約投資成本。換熱器由于其在化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應用，使得換熱器的強化傳熱技術(shù)一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現(xiàn)1

換熱器的分類方式隨著科學和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，各種換熱器層出不窮，難以對其進行具體、雖然如此，所有的換熱器仍可按照它們的一些共同特征來加以區(qū)分，具體如下。按照用途來分：預熱器（或加熱器）、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等。按照制造熱交換器的材料來分：金屬的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。

按照溫度狀況來分：溫度工況穩(wěn)定的熱交換器，熱流大小以及在指定熱交換區(qū)域內(nèi)的溫度不隨時間而變；溫度工況不穩(wěn)定的熱交換器，傳熱面上的熱流和溫度都隨時間改變。按照熱流體與冷流體的流動方向來分：順流式、逆流式、錯流式、混流式。按照傳送熱量的方法來分：間壁式、混合式、蓄熱式等三大類。其中間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式和板面式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等。2管式換熱器

管式換熱器主要有套管式換熱器和管殼式換熱器兩種。2.1套管式換熱器

套管式換熱器是將不同直徑的兩根管子套成的同心套管作為元件、然后把多個元件加以連接而成的一種換熱器，工作時兩種流體以純順流或純逆流方式流動。套管式換熱器的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，適用于高溫、高壓流體，特別是小容量流體的傳熱。另外，只要做成內(nèi)管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流體。他的主要缺點是流動阻力大；金屬消耗量多；管間接頭較多，易發(fā)生泄露；而且體積大，占地面積大，故多用于傳熱面積不大的換熱器2.2管殼式換熱器

管殼式換熱器又稱為列管式換熱器，是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器，傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。目前，國內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)中所用的換熱設備中，管殼式換熱器仍占主導地位，雖然不如其它新型換熱設備，但它具有結(jié)構(gòu)堅固，操作彈性大，適應性強，可靠程度高，選材范圍廣，處理能力大，能承受高溫高壓等特點，所以在工程中仍得到廣泛應用。以下是幾種常見的管殼式強化換熱器。

2.2.1

螺旋槽管換熱器

螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內(nèi)凹的異形管，流體流出管壁時在管壁附近誘發(fā)螺旋流動。層流層減薄，同時壁表面起伏強化了流體湍流，加快了由壁面至流體主體的熱量傳遞，強化了傳熱過程。早期進行螺旋槽管研究的主要有美國、英國、日本，從1970～1980年進行了大量的研究。我國對螺旋槽管的實驗研究起步也是較早的，華南理工大學、北京理工大學和重慶大學都對螺旋槽管進行了試驗研究，而且都取得顯著的成效。目前，無論是從式換熱器由于本身結(jié)構(gòu)的局限性，使用壓力不超過2.5MPa，使用溫度不超過250℃，此外還存在流體與密封墊片的相容性問題。

3.1.2

焊接式板式換熱器

用焊接結(jié)構(gòu)替代橡膠墊密封，消除了由于墊片材料耐溫、耐腐蝕、耐壓方面的限制。焊接式板式換熱器的組焊板片內(nèi)部不能用機械方法清洗，且全焊式只能用于不易結(jié)垢的介質(zhì)進行換熱，其最大優(yōu)點是可承受較高溫度和壓力，沒有墊片泄漏的顧慮。焊接式板式換熱器近年來得到很大發(fā)展，德國與日本合作的千代田BAVARIA混合焊接板式換熱器，操作壓力可從真空到6MPa，單元換熱面積可達1480m2以上。Nouvelles應用技術(shù)公司發(fā)明的Packinox換熱器，代替列管式換熱器用作煉油廠催化重整裝置混合料換熱器，并且得到了推廣應用，緊湊、輕型的換熱器可用各種合金制成，能提供的表面積為1000～10

000

m2。3.2

板殼式換熱器

歐美發(fā)達國家于20世紀80年代起開始競相開發(fā)、研制各種型式的板殼式換熱器。板殼式換熱器的基本結(jié)構(gòu)與板式換熱器相似，但板間距增大，取消了墊片，改用焊接法連接各板，形成通道。板殼式換熱器最適合于介質(zhì)清沽、換熱量大和壓降小的場合。法國Packinox公司于20世紀80年代首次在催化重整裝置中用一臺大型板殼式換熱器替代傳統(tǒng)的管殼式換熱器組。20世紀90年代末期，Packinox公司又將大型板殼式換熱器用于加氫裝置，該公司的產(chǎn)品得到UOP(美國聯(lián)合油)的認證。而板殼式換熱器在中國起步比較晚，1999年蘭州石油機械研究并于1999年5月8日通過中國石化總公司鑒定。3.3

螺旋板式換熱器

螺旋板式換熱器在國外較早使用在回收廢液和廢氣中的能量等，螺旋板式換熱器的構(gòu)造包括螺旋形傳熱板、隔板、頭蓋和連接管等基本部件。流體在螺旋形流道內(nèi)的流動所產(chǎn)生的離心力，使流體在流道內(nèi)外側(cè)之間形成二次環(huán)流，增加擾動。螺旋板式換熱器具有體積小、效率高、制造簡單、成本較低、能進行地溫差換熱等優(yōu)點，目前的問題是如何能進一步提高該換熱器的承壓能力。我國從20世紀60年代開始生產(chǎn)螺旋板式換熱器，當時主要用于燒堿廠中的電解液加熱和濃堿液冷卻。如今螺旋板式換熱器在我國已形成規(guī)模，國家已制定了配套的技術(shù)標準，設計制造技術(shù)在我國業(yè)已成熟。3.4板翅式換熱器

在20世紀30年代，板翅式換熱器首先在先進國家用于發(fā)動機的散熱，它的板束單元結(jié)構(gòu)由翅片、隔板和封條三部分組成。它具有擴展的二次傳熱表面（翅片），所以傳熱過程不僅是在一次傳熱表面（隔板）上進行，而且同時也在二次傳熱表面上進行。我國從20世紀60年代初期開始試制板翅式換熱器，首先用于空分制氧，制成了第一套板翅式空分設備。近幾年來，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、翅片規(guī)格、生產(chǎn)工藝和設計、科研方面都有較大發(fā)展。板翅式換熱器由于結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、傳熱強度高等特點，被認為是最有發(fā)展前途的新型換熱器設備之一。4熱管換熱器

熱管換熱器是一種高效傳熱的新型換熱器，在20世紀60年代首先被應用于宇航技術(shù)中，70年代國外在電子、機械、石油、化工等方面有了廣泛的應用件組成，其中熱管是其關(guān)鍵元件。熱管是一種充填了適量工作介質(zhì)的真空密封容器，當熱量傳入熱管的蒸發(fā)段時，工作介質(zhì)吸熱蒸發(fā)流向冷凝段，在那里蒸汽被冷卻，釋放出汽化潛熱，冷凝變成液體，然后在多孔吸液芯的毛細力或重力的作用下返回蒸發(fā)段，如此反復循環(huán)，通過工質(zhì)的相變和傳質(zhì)實現(xiàn)熱量的高效傳遞。熱管換熱器的最大特點是結(jié)構(gòu)簡單、換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下制造熱管換熱器的金屬耗量少于其它類型的換熱器。經(jīng)過20多年的努力，我國先后開發(fā)成功了氣-氣熱管換熱器、熱管蒸汽發(fā)生器(廢熱鍋爐)、高溫熱管(液態(tài)堿金屬熱管)。并在冶金、石油、化工、動力、陶瓷以及水泥等行業(yè)領(lǐng)域中應用取得了可喜的成果。當前熱管技術(shù)已趨成熟，應用面逐步擴大。國內(nèi)進行熱管換熱器研制和推廣應用的典型廠家(單位)有：南京化工大學、撫順石油學院、化工部化工機械研究院、撫順石油二廠、上海711研究所、航天部501所等。5結(jié)

語

換熱器是化工、石油、制藥及能源等行業(yè)中應用相當廣泛的單元設備之一。我國是世界最重要換熱、散熱、冷卻設備市場，據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代化學工業(yè)中所用換熱器的投資大約占設備總投資的30％，在煉油廠中換熱器約占全部工藝設備的40％，海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。目前世界各國在換熱器理論研究、新技術(shù)和新產(chǎn)品開發(fā)方面已經(jīng)進入高層次的探索階段，涉及領(lǐng)域很廣，雖然近年來我國加大了對各種換熱器的研發(fā)，但在一些高效換熱器領(lǐng)域方面與發(fā)達國家還存在一定差距。因此，我國應借鑒國外先進換熱器技術(shù)，努力趕上國際先進水平。參考文獻[1]

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