換熱器行業未來發展趨勢探析

劉佳杰

(華融證券股份有限公司,北京　100020)

換熱器行業未來發展趨勢探析

劉佳杰

(華融證券股份有限公司,北京100020)

[摘要]在我國,隨著國內石化、鋼鐵等行業的快速發展,對換熱器的需求水平將有快速的增長,為換熱器市場帶來廣闊的發展空間,而對換熱器行業現狀及未來發展趨勢的分析與研究,將有助于國內相關制造者適時調整經營模式,縮小與發達國家在技術領域的差距,從而促進本行業的持續、快速發展。

[關鍵詞]換熱器；發展趨勢；高效節能

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.03.061

1換熱器的概述

換熱器,是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備,又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動力、食品及其他許多工業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,應用十分廣泛。換熱器是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實現物料之間熱量傳遞的節能設備,可使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體,使流體溫度達到流程規定的指標,以滿足工藝條件的需要,是提高能源利用率的主要設備之一。

我國是世界上最重要的換熱、散熱及冷卻設備的市場,數據顯示,現代化學工業中對換熱器的投資大約占設備總投資的30%,煉油廠的換熱器約占全部工藝設備的40%,而海水淡化工藝裝置幾乎全部由換熱器組成。

換熱器按照用途劃分,可分為預熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器等；按溫度狀況劃分：溫度工況穩定的熱交換器與溫度工況不穩定的熱交換器；按熱流體與冷流體的流動方向可劃分為：順流式、逆流式、錯流式、混流式換熱器；按傳送熱量的方法劃分：間壁式、混合式、蓄熱式換熱器三大類,其中間壁式換熱器根據傳熱面的結構不同可分為管式和板面式。

2換熱器的起源與發展

20世紀20年代前,換熱器結構主要為管式及管殼式。20世紀20年代,板式換熱器出現并應用于食品領域,相比于管式結構,板式換熱器具有結構緊湊、傳熱效果好的特點。20世紀30年代初,瑞典研制并生產出了螺旋板換熱器,之后英國采用釬焊法制造出以銅及其合金材料制成的板翅式換熱器,用于飛機發動機的散熱。20世紀60年代左右,隨著空間技術和尖端科學的高速發展,對換熱器的類型產生了新的要求,加之沖壓、釬焊及密封等技術的發展,推動了高效能、緊湊型板面式換熱器的蓬勃發展和廣泛應用。20世紀80年代后,大量的強化傳熱元件進入市場,出現了包括折流桿換熱器、新結構高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器等的高效換熱器。進入21世紀,隨著熱強化傳熱技術引入工業裝置的生產與制造領域,世界換熱器產業得到了進一步快速提升。

3中國換熱器行業發展歷史及現狀

中國換熱器產業起步較晚。1963年撫順機械設備制造有限公司按照美國TEMA標準制造出中國第一臺管殼式換熱器,1965年蘭州石油機械研究所研制出我國第一臺板式換熱器,蘇州新蘇化工機械有限公司(原蘇州化工機械廠)在20世紀60年代研制出我國第一臺螺旋板式換熱器。之后,蘭州石油機械研究所首次引進德國斯密特(Schmidt)換熱器技術,原四平換熱器總廠引進法國維卡勃(Vicarb)換熱器技術,國內換熱器行業在消化吸收國外技術的基礎上,開始獲得較快發展。

20世紀80年代后,中國出現了自主開發傳熱技術的新趨勢,大量的強化傳熱元件被推向市場,國內傳熱技術高潮時期的代表作有折流桿換熱器、新結構高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發式空冷器等一批優良的高效換熱器。

進入21世紀后,我國換熱器產業在技術水平上獲得了快速提升,板式換熱器日漸崛起,逐漸被應用于大乙烯項目、鈦白粉生產線等領域。與此同時,我國在大型管殼式換熱器、大直徑螺紋鎖緊環高壓換熱器、高效節能板殼式換熱器、大型板式空氣預熱器方面也獲得了較大突破。

雖然板式換熱器換熱效率高于管殼式換熱器,但是板式換熱器因為其密封材料及板片結構限制,更適合在低壓、低溫、干凈的工況下工作。而石化生產中所使用的介質一般腐蝕性較大,換熱器一般在溫度、壓力波動較大、雜質含量較高的工況下長時間運轉,因此現階段管殼式換熱器仍是石油石化行業所使用的主要換熱設備。

數據顯示2010年中國換熱器產業市場規模在500億元左右,主要集中于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調、機械、食品、制藥等領域。其中,石油化工領域仍然是換熱器產業最大的市場,其市場規模為150億元；電力冶金領域換熱器市場規模在80億元左右；船舶工業換熱器市場規模在40億元以上；機械工業換熱器市場規模約40億元；集中供暖行業換熱器市場規模超過30億元,食品工業也有近30億元的市場。另外,航天飛行器、半導體器件、核電常規島核島、風力發電機組、太陽能光伏發電、多晶硅生產等領域都需要大量的專業換熱器,合計市場規模約有130億元。

具體到不同種類的換熱器,按產值計算,換熱壓力容器約占換熱器行業總產值的60%,其中的管殼式換熱器產值占90%左右；而總產值的40%為非壓力容器換熱器,其中板式換熱器產值約為其70%,空冷式換熱器和板翅式換熱器各占約15%。從整體來看,當前管殼式換熱器的使用總量最大,約占換熱器使用總量的54%。

4未來行業發展趨勢

產品的大型化、高效化、節能化將是換熱器行業未來的技術發展趨勢。國內換熱器行業在節能增效、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。

目前,我國石油石化設備制造行業已經形成較完整的設備制造體系,石油石化設備產品已可以基本滿足國內石油石化行業的需求,同時還有部分設備進入國際市場。但是我國石油石化專用換熱器設備制造業還面臨著技術升級和結構轉型的挑戰。

當前,世界各國在換熱器的理論研究、新技術及產品的開發已進入了較高層次的探索階段。雖然近年來我國加大了對該領域研發的力度,但在高效換熱器領域與發達國家還存在著一定的差距。為了盡快縮小差距并趕超相應發達國家,我國政府出來了一系列的指導及優惠政策,一方面大力促進國內換熱器行業的發展,另一方面也引領行業向高效、節能、環保等特點發展。

2011年12月31日,國務院公布的《工業轉型升級規劃(2011—2015年)》中,將“圍繞先進制造、交通、能源、環保與資源綜合利用等國民經濟重點領域發展需要,集成創新一批以智能化成形和加工成套設備、冶金及石油石化成套設備、自動化物流成套設備、智能化造紙及印刷裝備等為代表的流程制造裝備和離散型制造裝備”作為重點領域發展導向。

2013年1月1日,國務院公布的《能源發展“十二五”規劃》中,指出“著眼于提高安全保障水平、增強應急調節能力,適度超前部署能源生產與供應能力建設,石油對外依存度控制在61%以內；加快常規油氣勘探開發,推進原油增儲穩產、天然氣快速發展；加快海上油氣資源勘探開發,堅持儲近用遠原則,重點提高深水資源勘探開發能力”。

基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機械、食品、制藥等行業對換熱器穩定的需求增長,此外,包括大型乙烯項目、大規模核電站、大型風力發電廠、大型環境保護工程、海水淡化工程的開工與建設,都將對換熱器產業產生巨大的需求拉動力。根據機械工業聯合會的預測,我國換熱器行業在未來一段時間內將保持穩定增長,到2020年前,我國換熱器產業將保持年均10%～15%左右的速度增長,到2020年我國換熱器行業規模有望達到1500億元。

下游產業廣闊的市場對換熱器產品有著持續增長的市場需求,換熱器產品的種類和功能也趨于多樣化。隨著國家對節能環保的重視程度越來越高,換熱器行業也將發揮出更加重要的作用。此外,我國換熱器產業在技術上與國際先進水平仍有較大差距,在產品功能和技術的創新上有較大的潛力。

因此,我國的換熱器產業是一個正處于蓬勃成長期的朝陽產業,具有良好的發展前景。

參考文獻：

[1]支浩,湯慧萍,朱紀磊.換熱器的研究發展現狀[J].化工進展,2009,28(S1):338-342.

[2]方書起,祝春進,吳勇,等.強化傳熱技術與新型高效換熱器研究進展[J].化工機械,2004(4):249-253.