化工用換熱器的應用與研究

張 健,顧守巖,魏朋麗,王海軍（.遼寧省輕工設計院有限公司,00;.沈陽派司鈦設備有限公司, 0000; .遼寧東安安全技術咨詢服務有限公司,000;.長慶油田分公司技術檢測中心,700）

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化工用換熱器的應用與研究

張 健1,顧守巖2,魏朋麗3,王海軍4
（1.遼寧省輕工設計院有限公司,110031;2.沈陽派司鈦設備有限公司, 110000; 3.遼寧東安安全技術咨詢服務有限公司,110004;4.長慶油田分公司技術檢測中心,710021）

摘要：在國內社會經濟飛速發展的階段，化工產業也有了不小的突破，社會對化工換熱器方面提出的需求量也不斷提升。因此，相關領域對此方面的應用研究愈加關注與重視。

關鍵詞：化工業；換熱器；應用；研究進展

現階段換熱器在社會各行各業中得到了比較廣泛的應用，比方說石油、電力、化工等行業更是其中應用規模相對較大的領域。而伴隨工業技術的改革與發展，國際上越來越多的國家對這方面的投入與關注增大。我國這些年在這方面合理借鑒國際先進經驗使得換熱器技術研究取得不錯的成效。想要更加有效的提升換熱器綜合效率，滿足日益龐大的市場需求，研究換熱器的應用也就顯得尤為有必要性。

1 國內化工換熱器概述

1.1 化工換熱器類型科技發展給社會各行各業做出了巨大貢獻，同時也推動了換熱器的進步與應用，促使產品類型逐漸多樣化。現階段對換熱器的分類方式存在許多種，根據其傳熱原理進行劃分，可以將換熱器歸納為流體連接間接式、表面式、蓄熱式、直接接觸式幾大類型。而根據用途進行劃分，可以將其歸納為加熱器、蒸發器等。根據結構進行劃分，又可以將其規劃為固定管板式、板式、U型管板等。除此之外，還可以根據冷熱流體流動的方向、傳量方式等進行劃分。

1.2 高效換熱器發展

所謂的“高效”即換熱器傳熱階段在單位時間、傳熱面積范圍內最大限度的提高傳遞的熱量。選擇使用高效傳熱技術也就是為了通過最經濟換熱設備對熱量按照規定的量進行傳遞。也可以是通過高效冷卻方式確保高溫部件工作狀態健康有序運轉。因此也就設計合理性方面提出了更高的要求，需要制造出高效換熱器，從而節約成本、耗費、能源等。當前國內關于高效換熱器方面的研究與發展從總體上分析大致分為兩個方向，一面是開發出新品種，比方說板翹式、振動盤管式等緊湊式換熱器。另一面是基于傳統換熱器基礎上對傳熱加以強化。而高效傳熱新技術促使能耗相對比常規而言至少降低了百分之二十。由此可見，換熱器設計合理性的重要程度，并且其運轉與改進方面對成本節省同樣有著不可低估的作用。

2 進展與應用

2.1 化工換熱器領域最主要的四大產品

現階段，化工換熱器在社會上應用比較廣泛的四大產品主要是板式、管式、空冷式以及板翹式。首先就板式換熱器而言，可以說是其中使用年限最長的一種換熱器類型，并且還是最典型的一種間壁式換熱器。這種類型的換熱器又可以劃分成焊接式、可拆式兩種。前者主要是通過焊接達到密封的目的，比較耐高溫、高壓，也比較耐腐蝕，而且還不容易泄露。但又由于難以清洗使得其僅在不結垢介質換熱環境中比較適用。后者則通過橡膠墊達到密封換熱片的目的，這樣很大程度的方便了拆洗工作，也增強了靈活性，能夠在多種場合根據情況對換熱片數量進行增減。還能夠將其拆解清洗，只是因受到密封材料的限制，使得其無法再高溫高壓工作條件下正常應用。最近幾年焊接式類型的換熱器在適用環境方面得到了更大的改善，可以適合更廣泛的環境，在國內獲得了不小的發展。然后就管殼式類型的換熱器而言，基本構成部分包含了殼體、管束、管板、封頭等，借助內部螺旋管實現傳熱。對比起板式換熱器而言這種類型的結構更加緊湊，所以換熱效率也就比板式換熱器低一些。但管殼式散熱器存在許多優勢，比方說占地面積較小，能夠更加有效的節省材料，具有很強的可靠性等等。尤其是在推出GMP認證之后，比如對于制藥等行業，具有比較高水平的安全要求，管殼式成功對板式形成了替換，成為在許多行業中企業的首要選擇。

此后，就是空冷式換熱器，其能夠將環境中的空氣介質作為冷卻介質，通過風機對其加以利用，讓管內部高溫工藝流體可以通過這種方式更加良好的冷卻下來。空冷器單元受到翅片管束、框架以及風機這幾大部分與檢修平臺等輔助部分構成的。因以自然空氣為冷卻介質，使得水資源得到很好節約，從而有效降低了工業污水排放量，保護了環境。最后就是板翅式換熱器，此類型換熱器的板束單元結構是隔板、封條與翅片這三部分構成的。其傳熱在隔板與翅片表面上同時進行，前者是一次傳熱，后者是屬于擴展的二次傳熱。此類型換熱器結構比較緊湊，也很輕巧，擁有較高的傳熱強度，深受該領域相關人士的歡迎。最近這些年，以杭州抗氧股份為代表的諸多企業對此類型換熱器結構域翅片規格進行了相關規范，使用全新的工藝以及方法，在設計、研發等環節加大投入，可以促進研發進展。

2.2 新型換熱器

傳統折流板管殼式換熱器在實際的應用中，表現出了不少顯著問題，比如流動死區過大、壓降損失高、傳熱效率差以及結構復雜等一系列問題，這些問題的存在使得其應用受到阻礙。也正由于這些缺陷的存在使得能源利用率被大大降低，導致工業排放量增大。在這種情況下，螺旋流動傳熱的強化，結構的簡化，很大程度上方便了加工與安裝。因此在此基礎上，經過Fluent軟件數值模擬與實驗驗證分析，成功設計出一種新型螺旋繞絲管殼式換熱器。此類型新品種再設計過程中采用將管束支撐結構化整為零的簡化思想觀念，使制造起來難度較高的囊括了整個管束的大型螺旋曲面得以簡化。鄰近管子間的流體在流動過程中不可避免會互相干擾，而且在干擾過程中還會出現新擾動，引起許多渦體流動推動流體微團融合。這在一定程度上可以增強對流傳熱系數，進一步促進能量利用率的提升，實現節約能耗的目標。螺旋繞絲類型的換熱器不但擁有非常良好的換熱性能，還只需要較少的制造成本，而且在節能減排上也可以做出很大的貢獻。

2.3 矩形自支撐縮放管換熱器

工業領域各種類型的管殼式、板殼式等換熱器的應用比較廣泛，但因這些換熱器自身存在缺陷，比方說有的管壁厚，有的金屬消耗量比較大，有的容易泄露等。因此，國內相關領域人士對這方面提出了全新的想法，比如使用旋流片，通過這種方式對矩形縮放管管束換熱器起到較為全面的支撐作用。并在這樣的基礎條件上，對支撐矩形縮放管管束換熱器的形式進行進一步改進，通過這樣的方式可以實現兩個非常重要的作用，一方面能夠起到支撐傳熱管的作用，另一方面可以實現強化傳熱的作用。

3 結束語

通過對國內傳統化工換熱器四大主要品種的以及應用情況的了解，可以更深入的了解到我國高效換熱器研究的進展情況與應用詳情。就我國現階段化工換熱器而言，無論是研究領域還是實踐應用方面都獲得了很大的進展，甚至于某些個別產品在國際舞臺上都是先進的。但是化工企業未來還有很長一段快速發展的時間，社會各行各業對換熱器產品提出的需求量也會不斷增多，對新產品的各方面性能要求也會逐漸提升。因此想要保持化工換熱器行業的快速穩定發展，必須加強對這方面的深入研究與應用。

參考文獻

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

張健.性別，男 出生年，1981 籍貫，遼寧阜新.職稱，助理工程師 職位，設計員 研究方向 化工工藝與壓力容器

Application and research of heat exchanger for chemical industry

Zhang jian1,Gu Shouyan2,Wei Pengli3,Wang Haijun4
（1.liaoning light industry design institute co.ltd,110031;
2.Shenyang pass Titanium Equipment Co.Ltd, 110000;
3.Dongan Liaoning security technology consulting service Co.,Ltd.,110004;
4.Testing center of Changqing Oilfield Company,710021）

Abstract：In the rapid development of the domestic social and economic stage,the chemical industry has not a small breakthrough,the community on the chemical heat exchanger demand is also rising.Therefore,the relevant fields of application research in this area has become more concerned with.

Keywords：chemical industry;heat exchanger;application;research progress

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