化工用换热器的应用与研究

张 健,顾守岩,魏朋丽,王海军（.辽宁省轻工设计院有限公司,00;.沈阳派司钛设备有限公司, 0000; .辽宁东安安全技术咨询服务有限公司,000;.长庆油田分公司技术检测中心,700）



化工用换热器的应用与研究

张 健1,顾守岩2,魏朋丽3,王海军4
（1.辽宁省轻工设计院有限公司,110031;2.沈阳派司钛设备有限公司, 110000; 3.辽宁东安安全技术咨询服务有限公司,110004;4.长庆油田分公司技术检测中心,710021）

摘要：在国内社会经济飞速发展的阶段，化工产业也有了不小的突破，社会对化工换热器方面提出的需求量也不断提升。因此，相关领域对此方面的应用研究愈加关注与重视。

关键词：化工业；换热器；应用；研究进展

现阶段换热器在社会各行各业中得到了比较广泛的应用，比方说石油、电力、化工等行业更是其中应用规模相对较大的领域。而伴随工业技术的改革与发展，国际上越来越多的国家对这方面的投入与关注增大。我国这些年在这方面合理借鉴国际先进经验使得换热器技术研究取得不错的成效。想要更加有效的提升换热器综合效率，满足日益庞大的市场需求，研究换热器的应用也就显得尤为有必要性。

1 国内化工换热器概述

1.1 化工换热器类型科技发展给社会各行各业做出了巨大贡献，同时也推动了换热器的进步与应用，促使产品类型逐渐多样化。现阶段对换热器的分类方式存在许多种，根据其传热原理进行划分，可以将换热器归纳为流体连接间接式、表面式、蓄热式、直接接触式几大类型。而根据用途进行划分，可以将其归纳为加热器、蒸发器等。根据结构进行划分，又可以将其规划为固定管板式、板式、U型管板等。除此之外，还可以根据冷热流体流动的方向、传量方式等进行划分。

1.2 高效换热器发展

所谓的“高效”即换热器传热阶段在单位时间、传热面积范围内最大限度的提高传递的热量。选择使用高效传热技术也就是为了通过最经济换热设备对热量按照规定的量进行传递。也可以是通过高效冷却方式确保高温部件工作状态健康有序运转。因此也就设计合理性方面提出了更高的要求，需要制造出高效换热器，从而节约成本、耗费、能源等。当前国内关于高效换热器方面的研究与发展从总体上分析大致分为两个方向，一面是开发出新品种，比方说板翘式、振动盘管式等紧凑式换热器。另一面是基于传统换热器基础上对传热加以强化。而高效传热新技术促使能耗相对比常规而言至少降低了百分之二十。由此可见，换热器设计合理性的重要程度，并且其运转与改进方面对成本节省同样有着不可低估的作用。

2 进展与应用

2.1 化工换热器领域最主要的四大产品

现阶段，化工换热器在社会上应用比较广泛的四大产品主要是板式、管式、空冷式以及板翘式。首先就板式换热器而言，可以说是其中使用年限最长的一种换热器类型，并且还是最典型的一种间壁式换热器。这种类型的换热器又可以划分成焊接式、可拆式两种。前者主要是通过焊接达到密封的目的，比较耐高温、高压，也比较耐腐蚀，而且还不容易泄露。但又由于难以清洗使得其仅在不结垢介质换热环境中比较适用。后者则通过橡胶垫达到密封换热片的目的，这样很大程度的方便了拆洗工作，也增强了灵活性，能够在多种场合根据情况对换热片数量进行增减。还能够将其拆解清洗，只是因受到密封材料的限制，使得其无法再高温高压工作条件下正常应用。最近几年焊接式类型的换热器在适用环境方面得到了更大的改善，可以适合更广泛的环境，在国内获得了不小的发展。然后就管壳式类型的换热器而言，基本构成部分包含了壳体、管束、管板、封头等，借助内部螺旋管实现传热。对比起板式换热器而言这种类型的结构更加紧凑，所以换热效率也就比板式换热器低一些。但管壳式散热器存在许多优势，比方说占地面积较小，能够更加有效的节省材料，具有很强的可靠性等等。尤其是在推出GMP认证之后，比如对于制药等行业，具有比较高水平的安全要求，管壳式成功对板式形成了替换，成为在许多行业中企业的首要选择。

此后，就是空冷式换热器，其能够将环境中的空气介质作为冷却介质，通过风机对其加以利用，让管内部高温工艺流体可以通过这种方式更加良好的冷却下来。空冷器单元受到翅片管束、框架以及风机这几大部分与检修平台等辅助部分构成的。因以自然空气为冷却介质，使得水资源得到很好节约，从而有效降低了工业污水排放量，保护了环境。最后就是板翅式换热器，此类型换热器的板束单元结构是隔板、封条与翅片这三部分构成的。其传热在隔板与翅片表面上同时进行，前者是一次传热，后者是属于扩展的二次传热。此类型换热器结构比较紧凑，也很轻巧，拥有较高的传热强度，深受该领域相关人士的欢迎。最近这些年，以杭州抗氧股份为代表的诸多企业对此类型换热器结构域翅片规格进行了相关规范，使用全新的工艺以及方法，在设计、研发等环节加大投入，可以促进研发进展。

2.2 新型换热器

传统折流板管壳式换热器在实际的应用中，表现出了不少显著问题，比如流动死区过大、压降损失高、传热效率差以及结构复杂等一系列问题，这些问题的存在使得其应用受到阻碍。也正由于这些缺陷的存在使得能源利用率被大大降低，导致工业排放量增大。在这种情况下，螺旋流动传热的强化，结构的简化，很大程度上方便了加工与安装。因此在此基础上，经过Fluent软件数值模拟与实验验证分析，成功设计出一种新型螺旋绕丝管壳式换热器。此类型新品种再设计过程中采用将管束支撑结构化整为零的简化思想观念，使制造起来难度较高的囊括了整个管束的大型螺旋曲面得以简化。邻近管子间的流体在流动过程中不可避免会互相干扰，而且在干扰过程中还会出现新扰动，引起许多涡体流动推动流体微团融合。这在一定程度上可以增强对流传热系数，进一步促进能量利用率的提升，实现节约能耗的目标。螺旋绕丝类型的换热器不但拥有非常良好的换热性能，还只需要较少的制造成本，而且在节能减排上也可以做出很大的贡献。

2.3 矩形自支撑缩放管换热器

工业领域各种类型的管壳式、板壳式等换热器的应用比较广泛，但因这些换热器自身存在缺陷，比方说有的管壁厚，有的金属消耗量比较大，有的容易泄露等。因此，国内相关领域人士对这方面提出了全新的想法，比如使用旋流片，通过这种方式对矩形缩放管管束换热器起到较为全面的支撑作用。并在这样的基础条件上，对支撑矩形缩放管管束换热器的形式进行进一步改进，通过这样的方式可以实现两个非常重要的作用，一方面能够起到支撑传热管的作用，另一方面可以实现强化传热的作用。

3 结束语

通过对国内传统化工换热器四大主要品种的以及应用情况的了解，可以更深入的了解到我国高效换热器研究的进展情况与应用详情。就我国现阶段化工换热器而言，无论是研究领域还是实践应用方面都获得了很大的进展，甚至于某些个别产品在国际舞台上都是先进的。但是化工企业未来还有很长一段快速发展的时间，社会各行各业对换热器产品提出的需求量也会不断增多，对新产品的各方面性能要求也会逐渐提升。因此想要保持化工换热器行业的快速稳定发展，必须加强对这方面的深入研究与应用。

参考文献

[1]黄庆军，任俊超，苏是.中国换热器产业现状及发展趋势[J].石油和化工设备，2010（1）：5-8.

[2]范刚，吴晗，王留阳.新型螺旋绕丝管壳式换热器的设计[J].河南科技，2013（2）：65-65.

[3]支浩，汤慧萍，朱纪磊.换热器的研究发展现状[J].化工进展，2009（1）：338-342.

张健.性别，男 出生年，1981 籍贯，辽宁阜新.职称，助理工程师 职位，设计员 研究方向 化工工艺与压力容器

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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