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• 發布時間：2017-04-17 13:53
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【概要描述】　　隨著現代新工藝、新技術、新材料的不斷發展和能源問題的日益嚴重,必然帶來更多的高性能、高參數換熱設備的需求。換熱器的性能對產品質量、能量利用率以及系統的經濟性和可靠性起著重要的 　　作用,有時甚至是決定性的作用。目前在發達的工業國家熱回收率已達96%,換熱設備在石油煉廠中約占全部工藝設備投資的35%～40%。其中管殼式換熱器仍然占絕對的優勢,約70%。其余30%為各類高效緊 　　湊式換熱器熱器等設備,其中板式、和高效率化,,并向低溫差設。當今換熱器的發展以CFD(ComputationalFluidDynamics)、模型化技術、強化傳熱技術及新型換熱器開發等形成了一個高技術體系[1]。 　　1管殼式換熱器 　　該換熱器是當前應用最廣,理論研究和設計技術完善,運用可靠性良好的一類換熱器。目前各國為改善該換熱器的傳熱性能開展了大量的研究。強化傳熱主要有3種途徑提高傳熱系數、擴大傳熱面積和增大傳熱溫差,研究主要集中在強化管程和殼程傳熱面方面。 　　111管程強化傳熱 　　人們想盡各種辦法實施強化傳熱,歸結起來不外乎2條途徑,即改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內設置各種形狀的插入物。 　　改變傳熱面形狀的方法有多種,用于強化管程傳熱的有:橫紋管、螺旋槽管、螺紋管(低翅管)和縮放管以及螺旋扁管(瑞典ALLARDS公司生產)。我國螺紋管的標準翅化率為113～219(<3),美、英、日、德等國均有商品化低翅管。德國Hde公司的螺旋槽管[2],管內傳熱效率明顯優于光管,在2300有較強的防垢和自動除垢能力。其傳熱系數較光管式提高2～3倍。 　　管內插入物[4,5]是強化管內單相流體傳熱行之有效的方法之一。目前管內插入物種類很多,如螺旋線、紐帶、錯開紐帶、螺旋片和靜態混合器等。最近,英國CalGarinLtd公司開發的一種稱之為HitranMatrixElements的花環式插入物[6],它是一種金屬絲制翅片管子插入物(Wire2FinTubeInserts),能增強湍流。中國石化北京設計院與華南理工大學聯合研制的交叉鋸齒型插入物,是華南理工大學對12種內插件(在Re=300～3500和Pr=135范圍內)進行比較后優選的型式,可直接形成流體的混合,尤其適用高粘度流體的換熱。其在上海乙烯廠原油2蠟油介質換熱器中使用,其總傳熱系數與光滑管相比提高了50%。 　　112強化殼程傳熱 　　傳統的管殼式換熱器,流體在殼側流動存在著轉折和進出口兩端渦流的影響區,影響了殼側的給熱系數。殼側的傳熱強化研究包括管型與管間支撐物的研究。 　　11211采用折流桿式換熱器[7] 　　美國在70年代初為解決換熱器管束振動開發了這種結構的換熱器。 　　目前美國已直接應用強化傳熱管設計制造折流桿式換熱器,如菲利普公司使用螺紋管作為換熱管,不僅解決了振動問題,而且由于殼側流動的改善使折流桿式換熱器比傳統的弓形折流板換熱器傳熱系數提高30%左右,管束的壓降減少50%。華南理工大學和大慶石油化工總廠共同開發的折流桿螺旋槽管再沸器已應用于在無相變及冷凝傳熱方面,其總傳熱系數比普通光管再沸器提高了112～117倍,抗振性能好?；げ炕C械研究院開發的折流桿式換熱器替代了某化肥廠壓縮機級間套管式冷卻器,節省了占地面積。11212空心環管殼式換熱器[8]空心環管殼換熱器是華南理工大學發明的一種新型管殼式換熱器,已獲得國家專利。長沙化工機械廠設計制造的橫紋管空心環管殼換熱器使用橫紋管作為傳熱管,空心環作為支撐形式,已成功地應用于小型氮肥廠。在某化肥廠應用與原光管換熱器相比,換熱面積減小68%,抗振性能好。11213采用縱流管束換熱器德國GRIMMA公司制造的一種整圓形折流板換熱器,其結構為折流板上開橫排管孔,以4個孔為一組將管橋處銑通,側流體在管橋處沿著軸向流動,引起的滯留區。進行實驗,,縱流管束。11214強化沸騰傳熱的傳熱管[9]用于強化沸騰傳熱的傳熱管有:燒結多孔表面管、機械加工的多孔表面管(如日本的Themoexcel2E管、改進型Ea管,德國Wieland2Werke公司的T管)、電腐蝕加工的多孔表面管、T型翅片管、ECR40管和Tube2B型管。武漢冷凍機廠分別用表面機加工的多孔管與目前制冷業流行的低肋管組裝而成的兩臺蒸發器進行比較,結果表明:多孔管的熱流密度比低肋管高36%,可減少傳熱面26%。國內近年開發的碳鋼T管也已成功地應用于重沸器,紫銅材質E管應用于氟里昂蒸發器。11215強化冷凝傳熱的傳熱管用于強化冷凝傳熱的傳熱管有:縱槽管、低螺紋翅片管、鋸齒形翅片管和徑向輻射肋管式翅片管等。近年來,Hamon2Lummus公司又推出一種SRC翅片管(SRCFinTube),用于冷凝傳熱。德國GEWA公司開發的TXV管其翅片外緣呈V字型。華南理工大學研制的花瓣形翅片管是一種特殊的三維翅片結構強化傳熱管,研究表明:在自然對流條件下,其單管冷凝傳熱膜系數比鋸齒形翅片管提高了8%～10%;在強制對流條件下,是光滑管的5～6倍。 　　2新型換熱器 　　211可拆式板式換熱器 　　近20年來由于結構的改進,密封墊片材料和密封槽結構型式的發展,板片大型化制造技術的提高,板式換熱器應用范圍已經十分廣泛。英國APV公司制造的單片最大面積為4175m2,單臺換熱面積可達2500m2, 　　單臺最大容板量為700片。墊片與板片的連接固定方法如α2Laval公司的“按扣”式墊片,墊片直接扣壓在板片上。GEA公司的板片,板片槽口上窄底寬呈梯形,墊片與板片槽過盈配合將墊片壓緊。開發無粘 　　接劑連接墊片的技術,使板式換熱器安裝和維修的時間節約80%。我國板式換熱器在80年代得到較大的發展,繼四平板式換熱器總廠、天津板式換熱器廠開發單片面積2m2后,1992300MN,單片面積已達22用焊接結構替代橡膠墊密封,全焊式和半焊式板式換熱器的出現,消除了由于墊片材料耐溫、耐腐蝕、耐壓方面的限制,對于腐蝕介質使用板式換熱器,近年來達到很大發展。德國與日本合作的千代田BAVARIA混合焊接板式換熱器,操作壓力可從真空到6MPa,單元換熱面積可達1480m2以上。Nouvelles應用技術公司發明的Packinox換熱器,代替列管式換熱器用作煉油廠催化重整裝置混合料換熱器,并且得到了推廣應用。緊湊、輕型的Packi2nox換熱器可用各種合金制成,能提供的表面積為1000～10000m2。213螺旋板換熱器國外螺旋板換熱器主要結構為可拆式,多為板邊結構,即兩端通道端面密封不用圓鋼結構,整體 　　中心隔板,制造水平較高。在材料上除多數使用不銹鋼外,還使用一些可焊的鎳鉻合金、蒙乃爾合金、鈦和鈦合金、銅鋁合金等。其大型化情況如下。我國螺旋板換熱器結構多數為不可拆式。近年來仿制 　　和自行設計的可拆式螺旋板結構也逐漸增多,使用材料一般為碳鋼和不銹鋼,也有少量的鈦和鈦合金。其大型化情況如下。 　　國家瑞典德國美國英國日本俄羅斯 　　單臺最大換熱面積/m2 　　500350149200200100 　　最大直徑 　　/mm 　　最大板寬最高操作壓力 　　/mm200020001825140020001270 　　/MPa115116116116116110 　　— 　　22001480 　　— 　　1750 　　— 　　型式Ⅰ不可拆式Ⅱ、Ⅲ可拆式 　　單臺最大換熱最大直徑最大板寬最高操作壓力面積/m2 　　1150(碳鋼) 　　130(不銹鋼) 　　/mm21501600 　　/mm12001000 　　/MPa110110 　　214熱管換熱器[10] 　　熱管是一種新型高效的傳熱元件。在60年代首先被應用于宇航技術中,70年代國外在電子、機械、石油、化工等方面有了廣泛的應用。熱管換熱器在國外已經系列化生產,用戶選擇甚為方便。如美國Q2Dot 　　公司開發的熱管換熱器已有5000多臺的實際運行經驗。日本古田電器公司設計的熱管換熱器已應用于700多套設施。經過20多年的努力,我國先后開發成功了氣-氣熱管換熱器、熱管蒸汽發生器(廢熱鍋爐)、高溫熱管(熱管)。并在冶金。國內進行熱管換熱器研制和推廣應用的典型廠家(單位)有:南京化工大學、撫順石油學院、化工部化工機械研究院、撫順石油二廠、上海711研究所、航天部501所等。 　　215不結垢換熱器 　　不結垢換熱器的開發,國外始于70年代初期,用于海水脫鹽,該換熱器的傳熱面積超過1000m2,把未經過任何處理的海水加熱到120℃以上,連續運轉1500多小時,在換熱管內未發現任何結垢現象。由于在海水 　　淡化方面應用取得了成功,80年代初期開始把不結垢換熱器應用在其他領域(如化工、食品、海水淡化、造紙等),尤其在一些會發生嚴重結垢的場合,或含有大量不溶解顆粒的液體處理系統中。國內從90年 　　代初對不結垢換熱器進行基礎性試驗研究,目前已掌握了一些不結垢換熱器的流動和傳熱規律,但還未進入應用推廣階段。 　　3結語 　　近年來,強化傳熱技術得到了迅速的發展和廣泛的應用,在能源的開發、利用和節約方面起著十分重要的作用。盡管國內也已進行了大量的強化傳熱技術的研究,但實際推廣和應用仍非常有限。我國在對各 　　種新的高效傳熱元件研究的同時,應大力推廣管殼式換熱器的強化技術,加強運用計算機流體動力學(CFD)對流體流動和傳熱進行計算機模擬和仿真,重視專家系統在換熱器優化選型中的應用,努力趕上發達 　　國家的先進水平。在新型換熱器的開發方面與國外差距較大,尚需從事換熱器專業的技術人員在制造工藝方面加大力度進行研究,使。 　　[1]熱交換器的の進步と期待.化學裝置[日],1995,37(3):44～48 　　[2]張平亮.新型高效換熱器的技術進展及其應用.壓力容器,1997,14(2):146～152 　　[3]邱廣濤,豐春艷.管道技術與設備,1998,(1):43～45[4]錢伯章.化工機械,1996,23(2):110～115 　　[5]崔海寧,姚仲鵬,王瑞君.化工機械,1999,26(3):169～170 　　[6]曹緯.石油化工設備,1999,28(2):6～9 　　[7]王樂龍,馬曉馳,邱鋒.化工機械,1996,23(4):223～225 　　[8]劉湘秋,吳京生,周超.化工機械,1994,21(3):167～170 　　[9]崔海寧,汪云.化工裝備技術,1999,20(4):25～27 　　[10]莊駿,張紅.化工機械,1998,25(1):44～49 　　馬曉馳男,31歲,工程師。 　　收稿日期:2000-02-26中圖法分類號:TQ05115;TE965 　　TechnologyDevelopmentoftheNewEfficientHeatExchangerat 　　HomeandAboard 　　MaXiaochi 　　(ResearchInstituteofChemicalMachinery,MinistryofChemicalIndustry,Lanzhou730060) 　　Abstract 　　Recentprogressofheatexchangerathomeandabroadinrecentyearsisoutlined. 　　Methodsofenhancingtheheattransferinheatexchangerabouttheshellandtubesi 　　desareintroducedandcommented.Keywords 　　shellandtubeexchangers,newhigh2effectiveheatexchangers 　　化工進展2001年第1期