換熱器行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)探析

劉佳杰

[摘 要]在我國(guó)，隨著國(guó)內(nèi)石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)換熱器的需求水平將有快速的增長(zhǎng)，為換熱器市場(chǎng)帶來(lái)廣闊的發(fā)展空間，而對(duì)換熱器行業(yè)現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的分析與研究，將有助于國(guó)內(nèi)相關(guān)制造者適時(shí)調(diào)整經(jīng)營(yíng)模式，縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家在技術(shù)領(lǐng)域的差距，從而促進(jìn)本行業(yè)的持續(xù)、快速發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]換熱器；發(fā)展趨勢(shì)；高效節(jié)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(shè)備，又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動(dòng)力、食品及其他許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，在化工生產(chǎn)中，換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)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(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)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(dá)到流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝條件的需要，是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。

我國(guó)是世界上最重要的換熱、散熱及冷卻設(shè)備的市場(chǎng)，數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中對(duì)換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30%，煉油廠的換熱器約占全部工藝設(shè)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(yù)熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等；按溫度狀況劃分：溫度工況穩(wěn)定的熱交換器與溫度工況不穩(wěn)定的熱交換器；按熱流體與冷流體的流動(dòng)方向可劃分為：順流式、逆流式、錯(cuò)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(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式和板面式。

2 換熱器的起源與發(fā)展

20世紀(jì)20年代前，換熱器結(jié)構(gòu)主要為管式及管殼式。20世紀(jì)20年代，板式換熱器出現(xiàn)并應(yīng)用于食品領(lǐng)域，相比于管式結(jié)構(gòu)，板式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好的特點(diǎn)。20世紀(jì)30年代初，瑞典研制并生產(chǎn)出了螺旋板換熱器，之后英國(guó)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。20世紀(jì)60年代左右，隨著空間技術(shù)和尖端科學(xué)的高速發(fā)展，對(duì)換熱器的類型產(chǎn)生了新的要求，加之沖壓、釬焊及密封等技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了高效能、緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)80年代后，大量的強(qiáng)化傳熱元件進(jìn)入市場(chǎng)，出現(xiàn)了包括折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器等的高效換熱器。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著熱強(qiáng)化傳熱技術(shù)引入工業(yè)裝置的生產(chǎn)與制造領(lǐng)域，世界換熱器產(chǎn)業(yè)得到了進(jìn)一步快速提升。

3 中國(guó)換熱器行業(yè)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

中國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)起步較晚。1963年撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司按照美國(guó)TEMA標(biāo)準(zhǔn)制造出中國(guó)第一臺(tái)管殼式換熱器，1965年蘭州石油機(jī)械研究所研制出我國(guó)第一臺(tái)板式換熱器，蘇州新蘇化工機(jī)械有限公司（原蘇州化工機(jī)械廠）在20世紀(jì)60年代研制出我國(guó)第一臺(tái)螺旋板式換熱器。之后，蘭州石油機(jī)械研究所首次引進(jìn)德國(guó)斯密特（Schmidt）換熱器技術(shù)，原四平換熱器總廠引進(jìn)法國(guó)維卡勃（Vicarb）換熱器技術(shù)，國(guó)內(nèi)換熱器行業(yè)在消化吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，開始獲得較快發(fā)展。

20世紀(jì)80年代后，中國(guó)出現(xiàn)了自主開發(fā)傳熱技術(shù)的新趨勢(shì)，大量的強(qiáng)化傳熱元件被推向市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)傳熱技術(shù)高潮時(shí)期的代表作有折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)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(fā)式空冷器等一批優(yōu)良的高效換熱器。

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)在技術(shù)水平上獲得了快速提升，板式換熱器日漸崛起，逐漸被應(yīng)用于大乙烯項(xiàng)目、鈦白粉生產(chǎn)線等領(lǐng)域。與此同時(shí)，我國(guó)在大型管殼式換熱器、大直徑螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器、高效節(jié)能板殼式換熱器、大型板式空氣預(yù)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?yàn)槠涿芊獠牧霞鞍迤Y(jié)構(gòu)限制，更適合在低壓、低溫、干凈的工況下工作。而石化生產(chǎn)中所使用的介質(zhì)一般腐蝕性較大，換熱器一般在溫度、壓力波動(dòng)較大、雜質(zhì)含量較高的工況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，因此現(xiàn)階段管殼式換熱器仍是石油石化行業(yè)所使用的主要換熱設(shè)備。

數(shù)據(jù)顯示2010年中國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)規(guī)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(diào)、機(jī)械、食品、制藥等領(lǐng)域。其中，石油化工領(lǐng)域仍然是換熱器產(chǎn)業(yè)最大的市場(chǎng)，其市場(chǎng)規(guī)模為150億元；電力冶金領(lǐng)域換熱器市場(chǎng)規(guī)模在80億元左右；船舶工業(yè)換熱器市場(chǎng)規(guī)模在40億元以上；機(jī)械工業(yè)換熱器市場(chǎng)規(guī)模約40億元；集中供暖行業(yè)換熱器市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)30億元，食品工業(yè)也有近30億元的市場(chǎng)。另外，航天飛行器、半導(dǎo)體器件、核電常規(guī)島核島、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能光伏發(fā)電、多晶硅生產(chǎn)等領(lǐng)域都需要大量的專業(yè)換熱器，合計(jì)市場(chǎng)規(guī)模約有130億元。

具體到不同種類的換熱器，按產(chǎn)值計(jì)算，換熱壓力容器約占換熱器行業(yè)總產(chǎn)值的60%，其中的管殼式換熱器產(chǎn)值占90%左右；而總產(chǎn)值的40%為非壓力容器換熱器，其中板式換熱器產(chǎn)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(lái)看，當(dāng)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(lái)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

產(chǎn)品的大型化、高效化、節(jié)能化將是換熱器行業(yè)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)換熱器行業(yè)在節(jié)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(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績(jī)。

目前，我國(guó)石油石化設(shè)備制造行業(yè)已經(jīng)形成較完整的設(shè)備制造體系，石油石化設(shè)備產(chǎn)品已可以基本滿足國(guó)內(nèi)石油石化行業(yè)的需求，同時(shí)還有部分設(shè)備進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。但是我國(guó)石油石化專用換熱器設(shè)備制造業(yè)還面臨著技術(shù)升級(jí)和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)。

當(dāng)前，世界各國(guó)在換熱器的理論研究、新技術(shù)及產(chǎn)品的開發(fā)已進(jìn)入了較高層次的探索階段。雖然近年來(lái)我國(guó)加大了對(duì)該領(lǐng)域研發(fā)的力度，但在高效換熱器領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著一定的差距。為了盡快縮小差距并趕超相應(yīng)發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)政府出來(lái)了一系列的指導(dǎo)及優(yōu)惠政策，一方面大力促進(jìn)國(guó)內(nèi)換熱器行業(yè)的發(fā)展，另一方面也引領(lǐng)行業(yè)向高效、節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)發(fā)展。

2011年12月31日，國(guó)務(wù)院公布的《工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)規(guī)劃（2011—2015年）》中，將“圍繞先進(jìn)制造、交通、能源、環(huán)保與資源綜合利用等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)展需要，集成創(chuàng)新一批以智能化成形和加工成套設(shè)備、冶金及石油石化成套設(shè)備、自動(dòng)化物流成套設(shè)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(diǎn)領(lǐng)域發(fā)展導(dǎo)向。

2013年1月1日，國(guó)務(wù)院公布的《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》中，指出“著眼于提高安全保障水平、增強(qiáng)應(yīng)急調(diào)節(jié)能力，適度超前部署能源生產(chǎn)與供應(yīng)能力建設(shè)，石油對(duì)外依存度控制在61%以內(nèi)；加快常規(guī)油氣勘探開發(fā)，推進(jìn)原油增儲(chǔ)穩(wěn)產(chǎn)、天然氣快速發(fā)展；加快海上油氣資源勘探開發(fā)，堅(jiān)持儲(chǔ)近用遠(yuǎn)原則，重點(diǎn)提高深水資源勘探開發(fā)能力”。

基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對(duì)換熱器穩(wěn)定的需求增長(zhǎng)，此外，包括大型乙烯項(xiàng)目、大規(guī)模核電站、大型風(fēng)力發(fā)電廠、大型環(huán)境保護(hù)工程、海水淡化工程的開工與建設(shè)，都將對(duì)換熱器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的需求拉動(dòng)力。根據(jù)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)的預(yù)測(cè)，我國(guó)換熱器行業(yè)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，到2020年前，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)將保持年均10%～15%左右的速度增長(zhǎng)，到2020年我國(guó)換熱器行業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1500億元。

下游產(chǎn)業(yè)廣闊的市場(chǎng)對(duì)換熱器產(chǎn)品有著持續(xù)增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，換熱器產(chǎn)品的種類和功能也趨于多樣化。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保的重視程度越來(lái)越高，換熱器行業(yè)也將發(fā)揮出更加重要的作用。此外，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上與國(guó)際先進(jìn)水平仍有較大差距，在產(chǎn)品功能和技術(shù)的創(chuàng)新上有較大的潛力。

因此，我國(guó)的換熱器產(chǎn)業(yè)是一個(gè)正處于蓬勃成長(zhǎng)期的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，具有良好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]支浩，湯慧萍，朱紀(jì)磊.換熱器的研究發(fā)展現(xiàn)狀[J].化工進(jìn)展，2009，28（S1）：338-342.

[2]方書起，祝春進(jìn)，吳勇，等.強(qiáng)化傳熱技術(shù)與新型高效換熱器研究進(jìn)展[J].化工機(jī)械，2004（4）：249-253.