关于管壳式换热器结构设计相关问题的思考

李楠 翟向辉

【摘要】随着社会经济的快速发展，工业现代化进程日益加快，人们越来越重视能源的利用效率和消耗，其中管壳式换热器不仅能够有效的提高能源的利用效率，还能够对石油、化工等行业起到节能减排的作用。本文主要讲述了管壳式换热器的应用，管壳式换热器的结构设计所需要注意的几个问题，以及未来的发展趋势。

【关键词】管壳式换热器；问题；发展

1、管壳式换热器的应用

目前，我国的管壳式换热器应用非常广泛，在人们日常生活和工作中随处可见，比如暖气散热片、航天火箭上的油冷却器等。其主要功能就是保障特定的温度，并且还能够有效的提高设备对能源的利用效率。

管壳式换热器不仅是工业生产中十分重要单元设备，比如冷却器以及凝汽器等，同时也是设备的重要组成部分，比如氨合成塔内的换热器，根据相关统计，交换器的吨位要占据整个工艺设备的20%到30%之间。

随着高温热管技术的快速发展，高温热管换热器的应用范围越来越广，目前常见的应用领域包括工业、民用以及国防等领域。在轻工业生产过程中，往往会需要500℃以上的清洁空气来满足助燃、干燥以及供氧等需要，选用管壳式换热器能够有效的达到这个要求。

随着管壳式换热器技术的快速发展，必然会带来诸多结构变化。壳程折流结构的进一步发展，强化传热元件管内流动状态会随之发生变化，为了能够满足这些变化，必须要不断的研究其结构，才能够从根本上解决管内与管间整体强化传热的效果。根据工业应用的结果可以证明，多种强化传热元件的研究成果是前提条件，必须要结合当时的实际情况和操作条件，组合成高质量、高效率的新型管壳式换热器。

2、管壳式换热器结构设计时要注意的问题

2.1 管壳式换热器的介质因素。首先，管壳式换热器在进行结构设计时，必须要考虑管壳式换热器介质的流向，同时还要保障介质的高粘度，进而得到较高的传热系数。其次，如果腐蚀介质、高温介质以及高压气体走管程的时候，管程材质可选择不锈钢以及合金钢材料。最后，如果介质比较容易产生污垢，必须要提高管内的流速，减少污垢，方便于清理。

2.2 管壳式换热管的排列形式

2.2.1 正三角形排列。介质在经过折流板缺口时，冲刷换热管外表面，介质流动能够逐渐的形成湍流，有利于传热。所以，对于无相变管壳式换热器来讲，传热与介质流动状态几乎没有什么关系，往往都会选择正三角形排列。正三角形排列往往适用于介质比较清洁、无需进行清理的场合。

2.2.2 转角三角形排列。介质在流向折流板缺口的时候会平行三角形的另外一边，介质流动会有一部分的分层流，会对传热造成一定的不良影响。对于有相变的管壳式换热器，往往都会选择转角三角形排列。

2.2.3 正方形排列。介质流向折流板缺口时平行于正方形排布的换热管，介质流动往往是层流，进而会对传热造成不良的影响，往往在介质比较脏以及换热管外需要清晰的场合比较适用。

2.2.4 转角正方形排列。介质在流向折流板缺口的时候垂直正对换热管，冲刷换热管外表面的时候会形成相应的湍流，进而能够有利于传热。转角正方形排列主要适用于壳程介质比较脏并且需要清洗的场合。

2.3 布管限定圆。布管限定圆主要就是指管壳式换热器中换热管外壁所规定圆的直径。在进行布管限定圆设计时，换热管不能靠近壳体，如果换热管与壳体相距比较近的时候，液体的阻力就会比较大，会在一定程度上阻碍液体流向这个地方，进而会降低传热面积。固定管板式换热器和U型管式换热器管束最外层管壳式换热管外表面与壳体内壁之间的最短距离应该保持在0.25d（d即换热管外径），并且不能小于8毫米。

2.4 折流板布置。卧式管壳式换热器壳程介質如果使用的是单相清洁流体的时候，折流板缺口应该进行水平上下布置，如果气体内含有少量的液体，应该在缺口朝上的折流板的最低处进行开通液口，如果液体内部含有少量气体，则应该在缺口朝下的折流板最高处进行气口的开通。卧式换热器、冷凝器以及重沸器壳程介质为气体和液体共存的时候，应该在折流板缺口垂直左右的位置进行布置，并且在折流板最低处的位置开通相应的排液口。

2.5 管壳式换热器分程隔板上应设有小孔。在管壳式换热器结构设计时，分程隔板上必须要设有相应的小孔，小孔的主要作用就是排净液体，平衡两腔的压力以及排气的作用。

3、管壳式换热器的发展前景

管壳式换热器具有广阔的市场发展前景，随着我国科学技术的快速发展，一般企业工业和国防工业也对管壳式换热器提出了更高的要求，比如材料耐磨性、耐腐蚀以及高强度。随着我国不锈钢、铜合金的复合材料、铝镁合金以及碳化硅等非金属材料等方面的发展，越来越多的材料也应用其中，发展比较快的就是钛材，钛材本身对海水、醋酸以及氯碱等具有较强的抗腐蚀能力，通过强化传热能够获得更好的效果。在进行材料喷涂时，我国常常会选择国外的先进生产线，其中铝镁合金具有较多的优点，如抗腐蚀性强、导热性能优良以及价格比较低廉等因素。随着我国对低碳环保节能等越来越重视，进而要我们不断的提高管壳式换热器的性能，从根本上提高传热效率。

随着我国工业现代化进程日益加快，社会经济的快速发展，我国市场以及国际市场对于管壳式换热器的需求量与日俱增，为我国管壳式换热器产业的发展提供了广阔的空间。从市场需求来讲，在我国政府的大力支持下，国内各个行业尤其是石油化工、能源电力以及环境保护等领域会得到快速、稳定的发展，尤其是各种全新能源设备的发展和工程的建设，必然会进一步促进管壳式换热器产业的快速发展。

管壳式换热器本身具有诸多优点，操作简单、节能环保，因此在工业设备中占据着十分重要的地位，其质量好坏会直接影响到我国社会经济的发展。所以，要不断的提高管壳式换热器的产品质量和性能，必须从根本上提升管壳式换热器的结构设计质量，才能够有效的保障我国社会经济的可持续性发展。

参考文献：

[1]陆民廷.《浅谈管壳式换热器的振动及预防措施》，2010，39（7）.

[2]汪波，茅靳丰，耿世彬，韩旭，魏鹏.《国内换热器的研究现状与展望》，2010，24（5）.