熱能

換熱器（heat exchanger），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、動力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，其在化工生產(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)用廣泛。

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發(fā)展

換熱器是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝條件的需要，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器行業(yè)涉及暖通、壓力容器、中水處理設(shè)備，化工，石油等近30多種產(chǎn)業(yè)，相互形成產(chǎn)業(yè)鏈條。數(shù)據(jù)顯示2010年中國換熱器產(chǎn)業(yè)市場規(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，其市場規(guī)模為150億元；電力冶金領(lǐng)域換熱器市場規(guī)模在80億元左右；船舶工業(yè)換熱器市場規(guī)模在40億元以上；機械工業(yè)換熱器市場規(guī)模約為40億元；集中供暖行業(yè)換熱器市場規(guī)模超過30億元，食品工業(yè)也有近30億元的市場。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)電機組、太陽能光伏發(fā)電、多晶硅生產(chǎn)等領(lǐng)域都需要大量的專業(yè)換熱器，這些市場約有130億元的規(guī)模。

國內(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、提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機械、食品、制藥等行業(yè)對換熱器穩(wěn)定的需求增長，我國換熱器行業(yè)在未來一段時期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長，2011年至2020年期間，我國換熱器產(chǎn)業(yè)將保持年均10-15%左右的速度增長，到2020年我國換熱器行業(yè)規(guī)模有望達到1500億元。

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分類

適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的具體分類如下：

一、按傳熱原理分類

（一）間壁式換熱器間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。間壁式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。間壁式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱器。

（二）蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。

（三）流體連接間接式換熱器流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。

（四）直接接觸式換熱器又被稱為混合式換熱器，這種換熱器是兩種流體直接接觸，彼此混合進行換熱的設(shè)備例如，冷水塔、氣體冷凝器等。

（五）復(fù)式換熱器兼有汽水面式間接換熱及水水直接混流換熱兩種換熱方式的設(shè)備。同汽水面式間接換熱相比，具有更高的換熱效率；同汽水直接混合換熱相比具有較高的穩(wěn)定性及較低的機組噪音。

二、按用途分類

（一）加熱器加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。

（二）預(yù)熱器預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。

（三）過熱器過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)。

（四）蒸發(fā)器蒸發(fā)器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。

三、按結(jié)構(gòu)分類

可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。

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換熱方式

間壁式

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夾套式換熱器

這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。

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沉浸式蛇管換熱器

這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中,蛇管換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；其缺點是容器內(nèi)液體湍動程度低，管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。

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噴淋式換熱器

這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動，冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動力的作用。因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。

套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管，并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大.另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對數(shù)平均推動力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點。

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板式換熱器

最典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。主體結(jié)構(gòu)由換熱板片以及板間的膠條組成。長期在市場占據(jù)主導(dǎo)地位，但是其體積大，換熱效率低，更換膠條價格昂貴（膠條的更換費用大約占整個過程的1/3-1/2）。主要應(yīng)用于液體-液體之間的換熱，行業(yè)內(nèi)常稱為水水換熱，其換熱效率在5000w/m2.K。

為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更為廣泛.。

板式換熱器

由于中國新版GMP的推出，板式換熱將逐漸退出食品，飲料，制藥等衛(wèi)生級別高的行業(yè)。

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管殼式換熱器

管殼式(又稱列管式) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束或者螺旋管，管束兩端固定于管板上。

在管殼換熱器內(nèi)進行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；一種在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管子的型號不一，過程一般為直徑16mm 20mm或者25mm三個型號，管壁厚度一般為1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。進口換熱器，直徑最低可以到8mm，壁厚僅為0.6mm ，大大提高了換熱效率，從2012年以來，已在國內(nèi)市場大力推廣。

管殼式換熱器，螺旋管束設(shè)計，可以最大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內(nèi)部殼層和管層的不對稱設(shè)計，最大可以達到4.6倍。這種不對稱設(shè)計，決定其在汽——水換熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。最大換熱效率可以達到14000w/m2.k，大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。同時，由于管殼式換熱器多為金屬結(jié)構(gòu)，隨著中國新版GMP的推出，不銹鋼316L為主體的換熱器，將成為飲料，食品，以及制藥行業(yè)的必選。

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雙管板換熱器

也稱P型換熱器，該熱換器是在管殼式換熱器的兩頭各加一個管板，可以有效防止泄漏造成的污染。市場上國產(chǎn)品牌較少，價格昂貴，一般在10萬元以上，進口可以到幾十萬，符合新版GMP規(guī)定，雖價格昂貴，但決定其市場廣闊。

混合式

混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。

故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：

（1）冷卻塔(或稱冷水塔)在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。

（2）氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多。空調(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用！

（3）噴射式熱交換器在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱，并一同進入擴散管，在擴散管的出口達到同一壓力和溫度后送給用戶。

（4）混合式冷凝器這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。

蓄熱式

蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。熱式換熱器一般用于對介質(zhì)混合要求比較低的場合。

A

陶瓷

陶瓷換熱器是一種新型的列管式高溫?zé)崮芑厥昭b置，主要成份為碳化硅，可以廣泛用于冶金、機械、建材、化工等行業(yè)，直接回收各種工業(yè)窯爐排放的850－1400℃高溫?zé)煔庥酂幔垣@得高溫助燃空氣或工藝氣體。

B

陶瓷換熱器

研制成的這種裝置的換熱元件材料系一種新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高溫和抗熱沖擊的優(yōu)異性能，從 1000 ℃ 風(fēng)冷至室溫，反復(fù)50 次以上不出現(xiàn)裂紋；導(dǎo)熱系數(shù)與不銹鋼等同；在氧化性和酸性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。在結(jié)構(gòu)上成功地解決了熱補償和較好地解決了氣體密封問題。該裝置傳熱效率高，節(jié)能效果顯著，用以

預(yù)熱助燃空氣或加熱某些過程的工藝氣體，可節(jié)約一次能源，燃料節(jié)約率可達30 %~55%，并可強化工藝過程，顯著提高生產(chǎn)能力。

陶瓷換熱器的生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同，導(dǎo)熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng)用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風(fēng)及高溫保護，當(dāng)窯爐溫度1250-1450℃時，煙道出口的溫度應(yīng)是1000~1300℃，陶瓷換熱器回收余熱可達到450-750℃，將回收到的的熱空氣送進窯爐與燃氣形成混合氣進行燃燒，這樣直接降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟效益。陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因為它較好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題。它的主要優(yōu)點是：導(dǎo)熱性能好，高溫強度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長，維修量小，性能可靠穩(wěn)定，操作簡便。

浮頭式

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設(shè)計要求

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，中國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下基本要求：

（1）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件。

（2）結(jié)構(gòu)安全可靠。

（3）便于制造、安裝、操作和維修。

（4）經(jīng)濟上合理。

浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動，殼體和管束對膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的溫差較大時，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體。（也可設(shè)計成不可拆的）。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。

因此在安裝時要特別注意其密封。浮頭換熱器的浮頭部分結(jié)構(gòu)，按不同的要求可設(shè)計成各種形式，除必須考慮管束能在設(shè)備內(nèi)自由移動外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。在設(shè)計時必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑Di，一般推薦浮頭管板與殼體內(nèi)壁的間隙b1=3~5mm。這樣，當(dāng)浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內(nèi)抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配，所以在設(shè)計中應(yīng)考慮保證浮頭蓋在裝配時的必要空間。鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質(zhì)間的串漏起著重要作用。

隨著幞頭式換熱器的設(shè)計、制造技術(shù)的發(fā)展，以及長期以來使用經(jīng)驗的積累，鉤圈的結(jié)構(gòu)形式也得到了不段的改進和完善。鉤圈一般都為對開式結(jié)構(gòu)，要求密封可靠，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在長期使用過程中積累了豐富的經(jīng)驗。盡管受到不斷涌現(xiàn)的新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也不斷促進了自身的發(fā)展。故迄今為止在各種換熱器中仍占主導(dǎo)地位。

2

優(yōu)缺點

A

優(yōu)點

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程。

（2）介質(zhì)間溫差不受限制。

（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕。

（4）可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合。

（5）可用于管程易腐蝕場合。

B

缺點

（1）小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏。

（2）金屬材料耗量大，成本高20%。

（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

3

制造工藝

選取換熱設(shè)備的制造材料及牌號，進行材料的化學(xué)成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進行矯形，方法包括手工矯形，機械矯形及火焰矯形。

備料－－劃線－－切割－－邊緣加工（探傷）－－成型－－組對－－焊接－－焊接質(zhì)量檢驗－－組裝焊接－－壓力試驗質(zhì)量檢驗化工設(shè)備不僅在制造之前對原材料進行檢驗，而且在制造過程中要隨時進行檢查。

4F

注意事項

1.保持管網(wǎng)的清潔。無論是在工作前還是工作完成后，都必須對管網(wǎng)進行清潔處理，這樣做的目的是為了避免發(fā)生換熱器堵塞的現(xiàn)象。還要注意及時對除污器以及過濾器的清洗，讓整個工作順利完成。

2.嚴(yán)格把關(guān)軟化水。對于水質(zhì)把關(guān)是相當(dāng)重要的，在進行對軟化水水質(zhì)處理的前提下，首先要認真檢查系統(tǒng)中的水和軟化罐水質(zhì)問題，確定合格后方可進行注入處理。

3.新系統(tǒng)檢驗。對于一些新系統(tǒng)來說，不能馬上與換熱器進行交替使用，首先需把新的系統(tǒng)在指定的時間段運行，讓它有了一個運行模式后，此時方可以把換熱器并入系統(tǒng)中使用，這樣做的目的完全是為了避免管網(wǎng)中的雜質(zhì)破壞換熱器設(shè)備。

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行業(yè)狀況

換熱器在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常用作把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計，熱交換器的噸位約占整個工藝設(shè)備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。

01

管殼式

管殼式換熱器是一個量大而品種繁多的產(chǎn)品，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強化傳熱，效果將更好，一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術(shù)。對材料的噴涂，我國已從國外引進生產(chǎn)線。

鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性，價格比鈦材便宜，應(yīng)予注意。國內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。

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渦流熱膜換熱器

渦流熱膜換熱器采用最新的渦流熱膜傳熱技術(shù)，通過改變流體運動狀態(tài)來增加傳熱效果，當(dāng)介質(zhì)經(jīng)過渦流管表面時，強力沖刷管子表面，從而提高換熱效率。最高可達10000W/m2℃。

這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結(jié)垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式，在換熱管表面形成繞流，對流換熱系數(shù)降低。渦流熱膜換熱器的最大特點在于經(jīng)濟性和安全性統(tǒng)一。

由于考慮了換熱管之間，換熱管和殼體之間流動關(guān)系，不再使用折流板強行阻擋的方式逼出湍流，而是靠換熱管之間自然誘導(dǎo)形成交替漩渦流，并在保證換熱管不互相摩擦的前提下保持應(yīng)有的顫動力度。換熱管的剛性和柔性配置良好，不會彼此碰撞，既克服了浮動盤管換熱器之間相互碰撞造成損傷的問題，又避免了普通管殼式換熱器易結(jié)垢的問題。

A

性能特點

（1）高效節(jié)能，該換熱器傳熱系數(shù)為6000-8000W/m2.0C。

（2）全不銹鋼制作，使用壽命長，可達20年以上。

（3）改層流為湍流，提高了換熱效率，降低了熱阻。

（4）換熱速度快，耐高溫（400℃），耐高壓（2.5Mpa）。

（5）結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，重量輕，安裝方便，節(jié)約土建投資。

（6）設(shè)計靈活，規(guī)格齊全，實用針對性強，節(jié)約資金。

（7）應(yīng)用條件廣泛，適用較大的壓力、溫度范圍和多種介質(zhì)熱交換。

（8）維護費用低，易操作，清垢周期長，清洗方便。

（9）采用納米熱膜技術(shù)，顯著增大傳熱系數(shù)。

（10）應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，可廣泛用于熱電、廠礦、石油化工、城市集中供熱、食品醫(yī)藥、能源電子、機械輕工等領(lǐng)域。

性能特點

6F

新型

1

氣動噴涂

俄羅斯提出了一種先進方法，即氣動噴涂法，來提高翅片化表面的性能。其實質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷(金屬陶瓷混合物)，從而得到各種不同性能的表面。通常在實踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。為了評估翅片管換熱器元件進行了試驗研究。試驗是采用在翅片表面噴涂ac－鋁，并添加了24a白色電爐氧化鋁。將試驗所得數(shù)據(jù)加以整理，便可評估翅片底面的接觸阻力。

將研究的翅片的效率與計算數(shù)據(jù)進行比較，得出的結(jié)論是：氣動噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實質(zhì)性影響。

為了證實這一點，又對基部(管子)與表面(翅片)的過渡區(qū)進行了金相結(jié)構(gòu)分析。對過渡區(qū)試片的分析表明，連接邊界的整個長度上無不嚴(yán)密性的微裂紋。所以，氣動噴涂法促進表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進粉末粒子向基體的滲透，這就說明了附著強度高，有物理接觸和金屬鏈形成。因而氣動噴涂法不但可用于成型，還可用來將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來對普通翅片的底面進行補充加固。可以預(yù)計，氣動噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中，將會得到廣泛應(yīng)用。

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螺旋折流

在管殼式換熱器中，殼程通常是一個薄弱環(huán)節(jié)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)(z字形流道)，這樣會導(dǎo)致較大的死角和相對高的返混。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇，對傳熱效率不利。返混也能使平均溫差失真和縮小。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會降低凈傳熱。

優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代(如緊湊型板式換熱器)。對普通折流板幾何形狀的改進，是發(fā)展殼程的第一步。雖然引進了密封條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來改進換熱器的性能，但普通折流板設(shè)計的主要缺點依然存在。為此，美國提出了一種新方案，即建議

采用螺旋狀折流板。這種設(shè)計的先進性已為流體動力學(xué)研究和傳熱試驗結(jié)果所證實，此設(shè)計已獲得專利權(quán)。此種結(jié)構(gòu)克服了普通折流板的主要缺點。

螺旋折流板的設(shè)計原理很簡單：將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統(tǒng)”中，每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一，其傾角朝向換熱器的軸線，即與換熱器軸線保持一傾斜度。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設(shè)計。螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。此種設(shè)計具有很大的靈活性，可針對不同操作條件，選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流板結(jié)構(gòu)。

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麻花管

瑞典alares公司開發(fā)了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。美國休斯頓的布朗公司做了改進。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個工序。改進后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡單，但有許多激動人心的進步，它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟效益：改進了傳熱，減少了結(jié)垢，真正的逆流，降低了成本，無振動，節(jié)省了空間，無折流元件。

由于管子結(jié)構(gòu)獨特使管程與殼程同時處于螺旋運動，促進了湍流程度。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高40%，而壓力降幾乎相等。組裝換熱器時也可采用螺旋扁管與光管混合方式。該換熱器嚴(yán)格按照asme標(biāo)準(zhǔn)制造。

凡是用管殼式換熱器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設(shè)備所獲得的最佳值。估計在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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螺旋管式

在管子上纏繞金屬絲作為筋條(翅片)的螺旋管式換熱器(ta)，一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。但這種方法對整個設(shè)備的質(zhì)量有一系列的影響，因為釬焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會造成機器和設(shè)備堵塞，隨之提前報損。

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變聲速壓

變聲速增壓熱交換器即兩相流噴射式熱交換器，廣泛適用于汽—水換熱的各個領(lǐng)域。由中國洛陽藍海實業(yè)有限公司自主研發(fā)。它以蒸汽為動力，通過汽水壓縮混合，使水溫瞬時升高，利用壓力激波技術(shù)達到無外力增壓的效果，顯著的節(jié)能和增壓特點大大降低了用戶使用成本，可取代傳統(tǒng)的熱交換器。

變聲速增壓熱交換器是一種混合型汽—水換熱設(shè)備，蒸汽經(jīng)過絕熱膨脹技術(shù)處理以射流態(tài)引入混合腔與經(jīng)過膜化處理的被加熱水在蒸汽沖擊力作用下均勻混合，形成具有一定計算容積比的汽水壓縮混合物，當(dāng)其瞬間壓縮密度達到一定值時便形成了兩相流體場現(xiàn)象。在場態(tài)的激化下，該混合物的聲速值出現(xiàn)突破聲障臨界的過渡性

轉(zhuǎn)變，同時爆發(fā)大量壓力激波，壓力激波單向傳導(dǎo)特性使瞬間達到設(shè)計溫度的熱水在不變截面管道中出現(xiàn)壓力升高卻不回流現(xiàn)象。變聲速增壓熱交換技術(shù)是以兩相流體場的有序激化強制完成“瞬時換熱+無外力增壓”雙效應(yīng)。

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腐蝕防護

換熱器在煉油工業(yè)中的應(yīng)用是十分廣泛的,其重要性也是顯而宜見的,換熱設(shè)備利用率的高低直接影響到煉油工藝的效率以及成本的費用問題。據(jù)統(tǒng)計換熱器在化工建設(shè)中約占投資的1/5,因此,換熱器的利用率及壽命是值得研究的重要問題。由換熱器的損壞原因來看,腐蝕是一個十分重要的原因,而且換熱器的腐蝕是大量的普遍存

在的,能夠解決好腐蝕問題,就等于解決了換熱器損壞的根本。要想防止換熱器的腐蝕,就得弄清楚腐蝕的根源,現(xiàn)就換熱器的腐蝕的原因從以下幾方面進行討論。

A

腐蝕

1.換熱器的用材的選擇 使用何種材料的決定因素是其經(jīng)濟性,管子材料有不銹鋼,銅鎳合金,鎳基合金,鈦和鋯等,除了工業(yè)上不能使用焊接管的情況以外都使用了焊接管,耐蝕材料僅用于管程,殼程材料是碳鋼。

2.換熱器的金屬腐蝕

2.1金屬腐蝕的原理 金屬腐蝕是指在周圍介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)的作用下,并且經(jīng)常是在和物理、機械或生物學(xué)因素的共同作用下金屬產(chǎn)生的破壞,也即金屬在它所處環(huán)境的作用下所產(chǎn)生破壞。

2.2 換熱器幾種常見的腐蝕破壞類型

2.2.1 均勻腐蝕 在整個暴露于介質(zhì)的表面上,或者在較大的面積上產(chǎn)生的,宏觀上均勻的腐蝕破壞叫均勻腐蝕。

2.2.2 接觸腐蝕 兩種電位不同的金屬或合金互相接觸,并浸于電解質(zhì)溶解質(zhì)溶液中,它們之間就有電流通過,電位正的金屬腐蝕速度降低,電位負的金屬腐蝕速度增加。

2.2.3 選擇性腐蝕 合金中某一元素由于腐蝕,優(yōu)先進入介質(zhì)的現(xiàn)象稱為選擇性腐蝕。

2.2.4 孔蝕 集中在金屬表面?zhèn)€別小點上深度較大的腐蝕稱為孔蝕,或稱小孔腐蝕、點蝕。

2.2.5 縫隙腐蝕 在金屬表面的縫隙和被覆蓋的部位會產(chǎn)生劇烈的縫隙腐蝕。

2.2.6 沖刷腐蝕 沖刷腐蝕是由于介質(zhì)和金屬表面之間的相對運動而使腐蝕過程加速的一種腐蝕。

2.2.7 晶間腐蝕 晶間腐蝕是優(yōu)先腐蝕金屬或合金的晶界和晶界附近區(qū)域,而晶粒本身腐蝕比較小的一種腐蝕。

2.2.8 應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)和腐蝕疲勞SCC是在一定的金屬一介質(zhì)體系內(nèi),由于腐蝕和拉應(yīng)力的共同作用造成的材料斷裂。

2.2.9 氫破壞 金屬在電解質(zhì)溶液中,由于腐蝕、酸洗、陰極保護或電鍍,可以產(chǎn)生因滲氫而引起的破壞。

3.冷卻介質(zhì)對金屬腐蝕的影響 工業(yè)上使用最多的冷卻介質(zhì)是各種天然水。影響金屬腐蝕的因素很多,主要的幾個因素及其對幾種常用金屬的影響：

3.1 溶解氧 水中的溶解氧是參加陰極過程的氧化劑,因此它一般促進腐蝕。當(dāng)水中氧的濃度不均勻時,將形成氧的濃差電池,造成局部腐蝕。對碳鋼、低合金鋼、銅合金和某些牌號的不銹鋼而言,熔解氧是影響它們在水中腐蝕行為的最重要因素。

3.2 其他溶解氣體 在水中無氧時CO2將導(dǎo)致銅和鋼的腐蝕,但不促進鋁的腐蝕。微量的氨腐蝕銅合金,但對鋁和鋼沒有影響。H2S促進銅和鋼的腐蝕,但對鋁無影響。

SO2降低了水的pH值,增加了水對金屬的腐蝕性。

3.3 硬度 一般說來,淡水的硬度增高對銅、鋅、鉛和鋼等金屬的腐蝕減小。非常軟的水腐蝕性很強,在這種水中,不宜用銅、鉛、鋅。相反,鉛在軟水中耐蝕,在硬度高的水中產(chǎn)生孔蝕。

3.4 pH值 鋼在pH>11的水中腐蝕較小,pH<7時腐蝕增大。

3.5 離子的影響 氯離子可以破壞不銹鋼等鈍化金屬的表面,誘發(fā)孔蝕或SCC。

3.6 垢的影響 淡水中的CaCO3垢。CaCO3垢層對傳熱不利,但是有利于防止腐蝕。

4·傳熱過程對腐蝕的影響 金屬在有傳熱和沒有傳熱的條件下,腐蝕行為是不相同的。一般說來,傳熱使金屬的腐蝕加劇,特別是在有沸騰、汽化或過熱的條件下更明顯。在不同介質(zhì)中,或?qū)Σ煌慕饘?傳熱的影響也不相同。

5·防腐方法 知道了換熱器各種腐蝕的原因,合理的選擇防腐措施,才能達到高效利用設(shè)備的目的。

B

防護

針對以上討論的有關(guān)腐蝕情況,提出以下防腐方法:這里主要介紹緩蝕劑,電化學(xué)保護。

①緩蝕劑——以鉻酸鹽為主要成分的緩蝕劑是冷卻水系統(tǒng)常用的,鉻酸根離子是一種陽極(過程)抑制劑,當(dāng)它與合適的陰極抑制劑組合時,能得到令人滿意而又經(jīng)濟的防腐蝕效果。 鉻酸鹽-鋅--聚磷酸鹽:聚磷酸鹽的使用是由于它是具有清潔金屬表面的作用,有緩蝕能力,聚磷酸鹽可以部分轉(zhuǎn)成正磷酸鹽,它們也可以同鈣生成大的膠體陽離子,抑制陰極過程。

鉻酸鹽-鋅--膦酸鹽:這種方法用膦酸鈉代替聚磷酸鹽外與上一種方法相似,氨基甲叉磷酸鹽也可以用于比為聚磷酸鹽所規(guī)定的pH值要高的場合。氨基甲叉膦酸鹽可以防止水垢,即使pH值為9也能控制鈣鹽的沉淀。

鉻酸鹽-鋅--水解的聚丙烯酰胺:由于陽離子型共聚物水解的聚丙烯酰胺的分散作用,能夠防止或抑制水垢成污垢的產(chǎn)生。

②電化學(xué)保護——采用陰極保護和陽極保護。陰極保護是利用外加直流電源,使金屬表面變?yōu)殛帢O而達到保護,此法耗電量大,費用高。陽極保護是把保護的換熱器接以外加電源的陽極,使金屬表面生成鈍化膜,從而得到保護。

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清洗

長期以來傳統(tǒng)的清洗方式如機械方法（刮、刷）、高壓水、化學(xué)清洗(酸洗)等在對換熱器清洗時出現(xiàn)很多問題：不能徹底清除水垢等沉積物，酸液對設(shè)備造成腐蝕形成漏洞，殘留的酸對材質(zhì)產(chǎn)生二次腐蝕或垢下腐蝕，最終導(dǎo)致更換設(shè)備，此外，清洗廢液有毒，需要大量資金進行廢水處理。新研發(fā)出的對設(shè)備無腐蝕清洗劑，其中

應(yīng)有技術(shù)較好的有福世泰克清洗劑，其高效、環(huán)保、安全、無腐蝕，不但清洗效果良好而且對設(shè)備沒有腐蝕，能夠保證換熱器的長期使用。

清洗劑（特有的添加濕潤劑和穿透劑，可以有效清除用水設(shè)備中所產(chǎn)生的最頑固的水垢（碳酸鈣）、銹垢、油垢、粘泥等沉淀物，同時不會對人體造成傷害，不會對鋼鐵、紫銅、鎳、鈦、橡膠、塑料、纖維、玻璃、陶瓷等材質(zhì)產(chǎn)生侵蝕、點蝕、氧化等其他有害的反應(yīng)，可大大延長設(shè)備的使用壽命。

在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，有的時候會因為操作不當(dāng)引起的突發(fā)情況造成個別設(shè)備或者局部管道線路結(jié)垢、堵塞，影響生產(chǎn)的正常運行。對于這時的情況，主要是快速的清除污垢，保證生產(chǎn)裝置可以正常的運轉(zhuǎn)，恢復(fù)正常生產(chǎn)狀態(tài)。恢復(fù)裝置生產(chǎn)效率。

比如化工設(shè)備結(jié)垢造成換熱器等設(shè)備傳遞熱量熱系數(shù)減少，管道流通面積的減少或者流通阻力增大，使能、物等消耗增加，生產(chǎn)效率明顯下降。這時通過清洗除垢來恢復(fù)生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)效率。由于很多方面的原因，換熱器設(shè)備等和管道線路線中都會產(chǎn)生很多如結(jié)焦、油污垢、水垢、沉積物、腐蝕產(chǎn)物、聚合物、菌類、藻類、粘泥等污垢。

然而工作時產(chǎn)生的這些污垢會使設(shè)備和管道線路失效，裝置系統(tǒng)會發(fā)生生產(chǎn)下降，能耗、物耗增加等不良情況，污垢腐蝕性特別嚴(yán)重時還會使流程中斷，裝置系統(tǒng)被迫停產(chǎn)，直接造成各種經(jīng)濟損失，甚至還有可能發(fā)生惡性生產(chǎn)事故。在科學(xué)發(fā)展的今天要想完全的避免污垢的產(chǎn)生是幾乎不可能的，所以，換熱器等設(shè)備的清洗便成為工業(yè)(如:石油、化工、電力、冶金各行業(yè))生產(chǎn)中所不可缺少的一個重要環(huán)節(jié)。

高壓水射流清洗換熱器屬于物理清洗方法，與傳統(tǒng)的人工、機械清洗及化學(xué)清洗相比，有諸多優(yōu)點：清洗成本低、清洗質(zhì)量好、清洗速度快，而且不產(chǎn)生環(huán)境污染，對設(shè)備沒有腐蝕。

我國高壓水射流清洗技術(shù)發(fā)展比較迅速，水射流工業(yè)清洗的比重在大中型城市及企業(yè)已接近20%，并且以每年10%左右的速度增長，可謂方興未艾。預(yù)計6—7年時間，在中國工業(yè)清洗行業(yè)中，高壓水射流清洗技術(shù)將要占絕對優(yōu)勢，是我國工業(yè)清洗的必由之路。