毕业设计换热器概述

设计（论文）专用纸

1. 概述

1.1换热设备在工业中的应用

在工业生产中，用于在两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同一种流体间的热量（或焓）传递的装置称为换热设备。它是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热设备尤为重要。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%~30%；在炼油厂中，约占总投资的35%~40%。近20年来，换热设备在能源储存、转化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了广泛的应用。

在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，烟道气（约200~300℃）、高炉炉气压力蒸汽（约500℃）、需要冷却的化学反应工艺气（300~1000℃）等余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供热、供气、发电和动力的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗和电耗，提高工业生产经济效益。

换热设备随着使用目的的不同，可以把它分为热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。由于使用的条件不同，换热设备又有各种不同的形势和结构。另外，在化工生产中，有时换热设备作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一工艺设备中的组成部分，如氨合成塔中的下部热交换器、精馏塔底部的再沸器和顶部的回流冷凝器或分凝器等。总之，换热设备在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。近年来，随着这节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热设备进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。管壳式换热器按用途分为无相变传热的换热器和有相变传热的冷凝器和重沸器。

第 1页

随着环境保护要求的提高，近年来加氢装置的需求越来越多，如加氢裂化，煤油

设计（论文）专用纸

加氢，汽油、柴油加氢和润滑油加氢装置等建设增加，所需的高温、高压换热器数量随之加大。螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器、密封盖板式换热器技术发展越来越快，不仅在承温、承压上满足装置运行要求，而且在传热与动力消耗上发展较快，同时亦适用于乙烯裂解。化肥中合成氨、聚合和天然气等场合，可满足承压高达35MPa，承温达700℃的使用要求。在这些场合，换热设备占有的投资占50%以上。

在500~1200℃燃气、合成气、烟气使用的石油、化工、乙烯、原子能、航天、化肥等领域使用的换热设备主要是用特殊材料制造的肺废热锅炉，各种结构和用途的废热锅炉的应用回收了大量的热能。如温度高达550~780℃炼油装置燃气系统，450~1200℃的航天发动机燃气系统，680~1100℃化肥中合成气系统，650~900℃乙烯裂解气系统都采用具有特殊结构的一种管壳式换热器。

1.2传热的一般概念

传热学是一门研究由于温度不同所引起的热的传递过程的学科。它与热力学不同之处，在于后者是讨论平衡状态的系统，用以预测某一系统从平衡状态改变到另一种平衡状态的可能性问题，但不能预测所发生的变化到底有多快，因为在这种状态变化的过程中，系统并不是处于平衡状态。因此，这就需要由传热学来解决。由此可见，传热学不仅要阐明热能被传递的原因，而且也用于预测在特定条件下，所发生热量传递的快慢，即所谓热传递的速率。 (1)、传热过程的应用

在物体内部或物系之间，只要存在温差，就会发生从高温处向低温处的热量传递。自然界和生产领域中普遍存在着这种以温度差为推动力的热量传递现象。热量传递简称传热。在工业生产中，传热过程所涉及的主要问题有3类，即物料的加热或冷却；热量与冷量的回收利用；设备或管路的保温。 (2)、热量传递的基本方式

第 2页 根据热量传递机理的不同，有三种基本热传递方式：传导、对流和辐射。

设计（论文）专用纸

ⅰ、热传导 物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为热传导，又称导热。

从微观的角度来看，气体、液体、导电固体或非导电固体的热传导机理是不同的。气体中，热传导是气体分子不规则热运动时相互碰撞的结果。温度较高的气体分子具有较大的运动动能，不同能量水平的分子相互碰撞使热量从高温处迁移到低温处。导电固体具有大量的自由电子，它们在固体晶格中的运动类似于气体分子，在导电固体中，自由电子的运动对热量传导起着重要作用。在非导电固体中，热传导是通过晶格的振动实现的。对于液体的热传导机理，目前还存在不同的观点：一种观点认为液体的热传导类似于气体，只是情况更复杂，因为液体的分子间距较小，分子间作用力对分子碰撞的影响比气体的大；另一种观点认为液体的热传导类似于非导电固体，主要靠弹性波的作用。

ⅱ、对流传热 对流仅发生于流体中，它是指由于流体的宏观运动使流体各部分之间发生相对位移而导致的热量传递过程。由于流体间各部分是相互接触的，除了流体的整体运动所带来的热对流之外，还伴生有由于流体的微观粒子运动造成的热传导。在工程上，常见的是流体流经固体表面时的热量传递过程，称之为对流传热。

对流传热通常用牛顿冷却定律来描述，即当主体温度为tf的流体被温度为tw的热壁加热时，单位面积上的加热量可以表示为：

当主体温度为tf的流体被温度为tw的冷壁冷却时，有

式中q为对流传热的热通量，W/m2；a为比例系数，称为对流传热系数, W/(m2·℃)。牛顿冷却公式表明，单位面积上的对流传热速率与温差成正比关系。

ⅲ、热辐射 辐射是一种通过电磁波传递能量的过程。物体因各种原因发出辐射能，其中因热的原因发出辐射能的现象称为热辐射。

自然界中各个物体都不停地向其周围空间发出热辐射，同时又不断地吸收其它物

第 3页

体发出的辐射能。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行物体间的热量

设计（论文）专用纸

传递，即辐射传热。当物体与周围环境处于热平衡时，物体的辐射传热量为零，但这只是动态平衡，辐射与吸收过程仍在不停地进行。

与热传导和对流传热不同，辐射传热无须借助中间介质的存在来传递热量，可以在真空中传递，而且辐射传热的进行不仅产生能量的转移，而且伴随着能量形式的转换，即发射时由热能转换为辐射能，吸收时又从辐射能转换为热能。

虽然物体可以热辐射的方式进行热量传递，但一般只在高温或低温下才成为主要传热方式。

以上分别讨论了热传导、对流和热辐射三种热量传递方式的基本机理。在实际问题中，这些方式往往是相互伴随着同时发生而成为复合传热过程，此时应针对具体问题根据传热机理区分和综合运用这三种基本传热方式的相关知识。

1.3换热器的分类

(1)、按原理分类：

ⅰ、直接接触式换热器 这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量，这类换热器的介质通常一种是气体，另一种为液体，主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。

ⅱ、蓄能式换热器(简称蓄能器) 这类换热器用量极少，原理是热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之到达传热量的目的。

ⅲ、间壁式换热器 这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质，这类换热器我们通常称为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。 (2)、按传热种类分类

ⅰ、无相变传热 一般分为加热器和冷却器。

ⅱ、有相变传热 一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器、虹吸式第 4页 重沸器、再沸器、蒸发器、蒸汽发生器、废热锅炉。

设计（论文）专用纸

(3)、按生产中使用目的分类

换热设备按在生产中使用的目的不同可分为冷却器、加热器、冷凝器、再沸器和蒸发器等。 (4)、按结构分类

分为浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函式换热器、U型管式换热器、蛇管式换热器、双壳程换热器、单套管换热器、多套管换热器、外导流筒换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、插管式换热器、滑动管板式换热器。 (5)、按折流板分布分类

分为单弓形换热器、双弓形换热器、三弓形换热器、螺旋弓形换热器。 (6)、按板状分类

分为螺旋板换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器、板式蒸发器、板式冷凝器、印刷电路板换热器、穿孔板换热器。 (7)、按密封形式分类

此类换热器多用于高温、高压装置中，具体分为：螺旋锁紧环换热器、Ω环换热器、薄膜密封换热器、钢垫圈换热器、玻璃钢换热器、密封盖板式换热器。 (8)、空冷式换热器分类

分为干式空冷器、湿式空冷器、干湿联合空冷器、电站空冷器、表面蒸发式空冷器、板式空冷器、能量回收空冷器、自然对流空冷器、高压空冷器。 (9)、按材料分类

主要为金属和非金属两大类。金属又可分为低合金钢、高合金钢、低温钢、稀有金属等；非金属可分为石墨、氟塑料、陶瓷纤维复合材料、玻璃钢等。 (10)、按强化传热元件分类

分为螺纹管换热器、波纹管换热器、异型管换热器、表面多孔管换热器、螺旋扁管换热器、螺旋槽管板换热器、环槽管换热器、纵槽管换热器、螺旋绕管式换热器、T型翅片管换热器、新结构高效换热器、内插物换热器、锯齿管换热器。

换热器的种类繁多，还有按管箱分类等，各种换热器各自适用于某一工况。为此，第 5页

设计（论文）专用纸

应根据介质、温度、压力的不同选择不同种类的换热器，扬长避短，使之带来更大的经济效益。

1.4换热设备的的结构特点和选型

(1)、几种典型换热器的结构特点

ⅰ、浮头式换热器 浮头式换热器（见图1-1）是由管箱、壳体、管束、浮头盖、外头盖等零部件组成。最大的特点是管束可以抽出来，管束在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差应力，其优点是：

1— 壳盖；2—固定管板；3—隔板；4—浮头钩圈法兰；5—浮动隔板；6—浮头盖

图1-1 浮头式换热器

a、管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； b、介质温差不受限制；

c、可在高温、高压下工作，一般温度≤450℃，压力≤6.4MPa； d、可用于结垢比较严重的场合； c、可用于管程易腐蚀场合。 缺点：

a、小浮头易发生内漏；

b、金属材料耗量大，成本比固定管板高20%； c、结构复杂。

第 6页

设计（论文）专用纸

ⅱ、固定管板式换热器

固定管板式换热器（见图1-2）是由管、壳体、管板、管子等零部件组成。其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单，但最后一道壳体与管板的焊缝无法检测。其优点是：

1—折流挡板；2—管束；3—壳体；4—封头；5—接管；6—管板

图1-2 固定管板式换热器

a、旁路渗流较小；

b、锻件使用较少，造价低； c、无内漏；

d、传热面积比浮头式换热器大20%～30%。 缺点：

a、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差易小于等于50℃,当大于50℃时必须在壳体上设置膨胀节；

b、易产生温差力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏； c、壳程无法机械清洗；

d、管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低； e、不适用于壳程易结垢场合。 ⅲ、U形管换热器

U形管换热器（见图1-3）是由管箱、壳体、管束等零部件组成，只需一块管板，重量较轻。同样直径情况下，换热面积最大，结构较简单、紧凑，在高温、高压下金第 7页

设计（论文）专用纸

属耗量小，目前加氢换热器基本上全部采用U形管换热器。其优点是：

1—中间挡板；2—U形换热管；3—内导流筒

图1-3 U形管换热器

a、管束可抽出来机械清洗； b、壳体与管壁不受温差限制；

c、可在高温、高压下工作，一般适用于温度≤500℃ ，压力≤10MPa； d、可用于壳程结垢比较严重的场合； e、可用于管程易腐蚀场合。 缺点：

a、在管子的U形处易冲蚀，应控制管内流速； b、管程不适用结垢较重的场合； c、单管程换热器不适用；

d、不适用于内导流筒，故死区较大。 ⅳ、填料函式换热器

填料函式换热器（见图1-4）是由管箱、壳体、管束、浮头盖、压盖、密封圈等零部件组成。管束可抽出，壳体与管束间可自由滑动，从而吸收了壳体与管束壁温而引起的热膨胀。

第 8页

设计（论文）专用纸

1—纵向隔板；2—填料；3—填料函；4—填料压盖；5—浮动管裙；6—活套法兰

图1-4 填料函式换热器

其优点是：

a、管束可抽出来机械清洗； b、介质间温差可不受限制； c、可用于结垢比较严重的场合； d、可用于管程腐蚀较严重的场合； e、金属耗量较浮头低10%左右；

f、适用温度可达200℃，压力可达2.5MPa。 缺点：

a、密封处易漏；

b、不适用于有毒、易燃、易爆、易挥发及贵重介质场合。 (2)、换热器选型

换热设备有多种多样的形式，每种结构形式的换热设备都有其本身的结构特点和工作特性。有些结构形式，在某种情况下使用是好的，但是，在另外的情况下，却不太适合，或就根本不能使用。只有熟悉和掌握这些特点，并根据生产工艺的具体情况，才能进行合理的选型和正确的设计。

换热器选型时需要考虑的因素很多，主要包括流体的性质、压力、温度、压降及其可允许范围；对清洗、维修的要求；材料价格及制造成本；动力消耗费；现场安装的检修的方便程度；壁面工作温度；使用寿命和可靠性等。 第 9页

设计（论文）专用纸

要使一台换热器完全符合上述全部条件几乎是不可能的。一般情况下，在满足生产工艺条件的前提下，仅考虑一个或几个相对重要的影响因素就可以选型了。其基本的选型标准为：

ⅰ、所选换热器必须满足工艺过程要求，流体经过换热器以后必须能够以要求的参数进入下个工艺流程；

ⅱ、换热器本身必须能够在所要求的工程实际环境下正常运行，换热器需要能够抗工程环境和介质的腐蚀，并且具有合理的抗结垢性能；

ⅲ、换热器应容易维护，这就要求换热器容易清理，对容易腐蚀、振动等破坏的元件应容易更换，换热器应满足工程实际场地的要求；

ⅳ、换热器应尽可能地经济。选用时应综合考虑换热器的安装费用、维护费用等，应使换热器尽可能地经济。

ⅴ、选用换热器要根据场地的限制考虑换热器的直径、长度、重量的换热管结构等。

1.5换热设备的材料及防腐

换热设备的可用材料牌号较多，选用换热设备的材料一般考虑的因素主要从结构、制造工艺、强度、压力、介质、腐蚀、安全性能等方面来考虑。材料选择不当会造成安全性能下降或失效，寿命降低。经济、合理、安全将是设计者选用材料首要考虑的因素。几年来，大量研制成功的新材料用于换热设备中。一些进口材料的使用使换热设备性能有显著提高（如1.25Cr、0.5MoSi、2.25Cr-Mo等），这给使用者带来了显著的经济效益。同时，在标准的更新中也淘汰了一些低性能的材料。材料技术的发展同时也提高了换热设备的性能，扩大了其使用场合。 (1)、换热设备的材料

材料一般分为金属材料和非金属材料，金属又分为黑色金属和有色金属。下面将介绍常用材料的牌号及性能。

ⅰ、黑色金属材料

第 10页

设计（论文）专用纸

a、壳体用板材一般用工艺性能良好、焊接性能好的镇静钢，如Q235-B、Q235-C、20R，目前国内标准已取消Q235-A和Q235-A.F沸腾钢。

b、锻件一般选用20锻件，35锻件很少使用，原因是可焊性较差、易产生裂纹。 c、管材一般选用10、20、20G。

ⅱ、低合金钢 一般低合金钢分为碳钢和CrMo钢。CrMo钢主要优点是高温强度较好，并且具有高温下耐氢腐蚀性能，机械性能较好，无氢脆现象，韧性较好，焊接性能也较好。

a、壳体板材一般采用16MnR、16MnRH、15MnVR、15CrMoR、15CrMoRH、18MnMoNbR、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

b、换热管一般选用16Mn、15MnV、12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo、1Cr5Mo、12Cr1MoVG、09Cr2A1MoV、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

c、锻件一般选用16Mn、20MnMo、15MnV、20MnMoNb、15CrMo、35CrMo、12Cr1Mo、12Cr2Mo1、1Cr5Mo、1.25Cr0.5MoSi、2.25Cr-1Mo。

ⅲ、低温用钢 低温用钢一般指设计温度≤－20℃的钢材。高合金钢一般均可用于低温状态。低合金钢在低温状态下使用应具有良好的韧性，且金属组织稳定。

a、壳体用板材一般选用16MnDR、09Mn2VDR、07MnNiCrMoVDR、09MnNiDR、15MoNiDR。

b、传热管一般选用16Mn、09MnD。

c、锻件选用16MnD、09Mn2VD、09MnNiD、16MnMoD、20MnMoD、08MnNiCrMoD、10Ni3MoVD。

ⅳ、高合金钢 高合金钢又分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢。马氏体不锈钢对铁离子、亚硫酸气体、硫化氢和环烷酸具有抗腐蚀作用。但马氏体组织热处理有淬硬性、焊接性能较差、易产生裂纹。铁素体不锈钢对氧化性酸、硝酸、碱性溶液、无氯温水、苯和洗涤剂有良好的耐蚀性，但焊接性能差、易产生裂纹。奥氏体不锈钢有稳定的组织、有良好的耐蚀性，低温性能好，一般使用于－50～－196℃范围使用，用量较大。为此选用高合金钢应根据不同介质和温度，选用不同组织的不第 11页

设计（论文）专用纸

锈钢，一般选用牌号如下。

a、壳体板材选用0Cr13A1、0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3、00Cr18Ni5Mo3Si2。

b、传热管选用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr19Ni13Mo3、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni13Mo3。

c、锻件选用0Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2、00Cr18Ni5Mo3Si2。

ⅴ、有色金属及合金

a、铜及铜合金 铜又分为紫铜和黄铜（也称为海军铜），由于具有良好的导热性、塑性好，低温冲击韧性好，在深冷中应用较多。紫铜在空气预热器中使用较多。黄铜在稀硫酸、亚硫酸、中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸、苯性碱中抗腐蚀良好，因此，海水冷却器中应用较普遍。

海军铜牌号一般为H62、H65、H70-1、H70Sn-1。

b、铝及合金 铝在大气中形成致密的氧化保护膜，故在中性溶液、弱酸中稳定性良好，铝镁合金在海水冷却器中使用有良好的抗蚀性。

c、镍及合金 镍有很高的强度和韧性，在碱及碱液中形成氧化膜而具有良好的抗腐蚀性能，在盐酸、氯气、有机酸中耐腐蚀性较好，抗高温可达900℃。

ⅵ、稀有金属 钛、钽和锆及其合金具有很强的耐腐蚀性，但价格昂贵，使用量很小。目前常减压装置常压塔顶冷却器和空冷器对钛使用较多，以延长设备寿命。

ⅶ、非金属材料 用来制造换热设备的非金属材料主要有石墨、玻璃钢、陶瓷纤维复合材料、氟塑料等。非金属材料主要用于强腐蚀介质的场合，如有硝酸、浓硫酸、盐酸、苛性碱、过氧化物等介质的场合。由于管壁热阻较高，所以传热效率较低，且强度低，耐温耐压低，抗冲击性能也较差。 （2）、换热设备的防腐

换热设备使用量大，包括在新建项目、改造项目、更新项目中的使用。而在更新第 12页

设计（论文）专用纸

项目中，主要是对损坏的换热器进行更换。损坏的原因一般有腐蚀造成，据统计，大概占有90％以上。全国每年由于腐蚀更换的换热器投资约20亿美元，为此防腐成为技术发展的重点。近年来防腐研究经费投入很大，但技术发展缓慢，效果不明显。由于石油工业中的原油开采已进入中后期，石油中含酸值逐年增加，腐蚀逐年加重。再则中东含酸原油进口量猛增，设备防腐的投资也越来越大。因此，抗腐蚀材料及防腐措施尤为重要。目前，换热器防腐有如下几种措施。

ⅰ、防腐涂层 一般采用非金属涂层，常用的水冷器有防腐、防垢涂料847和901，还有Ni-P镀，但在油气系统使用较多的是涂陶瓷，现场证明效果较好。但由于换热管一般可达6m长，在长度上涂均匀很难做到。如果有一个点状缺陷没涂到腐蚀将会加剧，所以涂均匀是控制质量的重要因素。

ⅱ、金属涂层 一般有镀Ni、镀Ti、镀铜等，工艺效果虽好，但造价昂贵是阻碍使用的障碍。

ⅲ、金属堆焊 一般采用碳钢、CrMo钢堆焊不锈钢较多，用来抗硫化氧和酸腐蚀。该方法造价较低，效果很好，一般化肥、乙烯、炼油中加氢、重整、预加氢使用很多。另外，还有复合板、双向钢管用量也较大，效果较好。

ⅳ、缓蚀剂 目前炼油装置、化工装置多采用一脱四注的方式较多，效果也较明显。国外也有露点腐蚀处注水的方式，控制露点腐蚀。

虽然采取了很多的措施，，但多数场合收效不大，目前已趋于使用稀有金属，提高防腐技术将是新世纪的关键课题。

1.6换热设备研究现状及发展动向

20世纪80年代以来，换热设备技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换热设备的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，市场经济的发展、私有化比例的加大，降低成本以成为企业追求的最终目标。因而节能设备的研究与开发备受瞩目。能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高给换第 13页 热设备及空冷式换热设备及高温、高压换热设备带来了日益广阔的应用前景。在地热、

设计（论文）专用纸

太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府、民间研究机构的企业都加大了资金力度，主要表现在下列几个方面。 （1）、研究机构

美国传热研究公司（Heat Transfer Research Inc.）即HTRI，是1962年发起组建的一个国际性、非赢利的合作研究机构，会员数百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，积累了换热设备设计的丰富经验，在传热机理、两相流、振动、污垢、模拟及测试技术方面做出了巨大贡献。几年来，该公司在计算机应用软件开发上发展很快，所开发的网络优化软件、各种换热设备工艺设计软件计算精度准确，不仅节省了人力，提高了效率，而且提高了技术经济性能。目前国内有20家成为HTRI会员。

英国传热及流体服务中心（Heat Transfer and Fluid Flow Service）即HTFS，于1967年成立，隶属于英国原子能管理局。该中心有会员数百家，长期从事传热与流体课题研究，所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业，而且用于一般工业。它最大的特点是与各大学和企业合作，进行专门的课题研究，研究成果显著。在传热与流体计算上更精确，开发的HTFS、TASC各类换热设备微机计算软件备受欢迎，国内有30多家企业成为会员。 （2）、我国换热设备发展现状

进入21世纪后，大量的强化传热技术应用于工业装置，我国换热器产业在技术水平上获得了快速提升，板式换热器日渐崛起。如兰石换热设备 公司板式换热器成功进入国内核电建设项目常规岛和核岛领域，并陆续将板式换热器用于大乙烯项目、钛白粉生产线等领域。四平巨元瀚洋板式换热器公司也成功进 入大亚湾二期岭澳核电站的常规岛和核岛领域。

最近几年，我国还在大型管壳式换热器、大直径螺纹锁紧环高压换热器、高效节能板壳式换热器、大型板式空气预热器方面获得了重大突破。飞速发展的柏恩品牌（BHE） 诞生于2004年。2008年8月，由中国石化集团上海工程公司与中国第一重型机械公司、兰州石油机械研究所、镇海炼化公司共同承担研制的镇海炼化百万吨 /年乙烯项目-EO/EG装置大型管壳式换热器国产化研制通过技术鉴定，标志着我国在第 14页

设计（论文）专用纸

大型管壳式换热器领域获得了重大突破。该换热器是国内正在制造的首台 换热面积超过10000m2的超大型管壳式换热器。

2009年4月，中国石化组织专家对“大直径螺纹锁紧环高压换热器国产化研制攻关”项目进行了科学技术成果鉴定。该项目是依托中国石化青岛炼油化工有限责 任公司千万吨级炼油项目中的320万吨/年加氢处理装置开展的，由中国石化工程建设公司、中国石化青岛炼油化工有限责任公司、兰州兰石机械设备有限责任公 司、抚顺机械设备制造有限公司联合承担。该换热器的国产化黄庆军等标志着我国已经具备设计和制造DN2000以下的螺纹锁紧环高压换热器的能力，大大降低了石化工程建设成本，单台即可节约采购资金1400万元，且缩短了交货期，打破了国外公司垄断地位。2009年6月，由甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司研制开发的国产首台10500m2高效节能板壳式换热器暨国产首台100万吨/年PX装置10910m2板式空气预热器在上海通过出厂验收。该 10500m2高效节能板壳式换热器将应用在中国石油乌鲁木齐石化分公司100万吨/年芳烃联合装置，是目前国内单台换热面积最大的国产板壳式换热器，其采用的RZ4板型、T型分布器等多项技术属国际领先，换热器整体已达到国际先进水平。10500m2高效节能板壳式换热器的研制成功是国产板壳式换热器发展的一个重要里程碑，标志着国产板壳式换热器已跨入国际领先行列，并将结束同类产品依靠进口的历史。

国产首台总传热面积达10910m2板式空气预热器将应用于中国石油乌鲁木齐石化分公司100万吨 /年对二甲苯（PX）芳烃联合装置，是国内首套加热炉空气预热器全部采用全焊接波纹板空气预热器的对二甲苯装置，也是首套排烟温度低100℃的装置，整 体技术达到国际领先水平。这台空气预热器属高效、环保节能型热交换器，其研制成功标志着国产全焊接波纹板空气预热器的研制迈上了一个新台阶。 （3）、换热器研究及发展动向

ⅰ、物性模拟研究 换热器传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的模拟，这恰恰是与实际工况差别的体现。实第 15页

设计（论文）专用纸

验室模拟实际工况很复杂，准确性主要体现与实际工况的差别。纯组分介质的物性数据基本上准确，但油气组成物的数据就与实际工况相差较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。为此，要求物性模拟在实验手段上更加先进，测试的准确率更高。从而使换热器计算更精确，材料更节省。物性模拟将代表换热器的经济技术水平。同时在换热器的热流分析中,引入计算机技术,对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真,以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上,在换热器的模型设计和设计开发中,利用CFD的分析结果和相对应的模型实验数据,使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计。

ⅱ、分析设计的研究 分析设计是近代发展的一门新兴学科，美国ANSYS软件技术一直处于国际领先技术，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析法技术带来发展，同时也给常规强度计算带来更准确、更便捷的手段。在超常规强度计算中，可模拟出应力的分布图，使常规方法无法得到的计算结果能更方便、快捷、准确地得到，使换热器更加安全可靠。这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞跃。将会逐步取代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度。

ⅲ、大型化及能耗研究 换热器将随装置的大型化而大型化，直径将超过5m，传热面积将达到单位10000m2，紧凑型换热器将越来越受欢迎。板壳式换热器、折流杆换热器、板翅式换热器、板式空冷器将得到发展，振动损失将逐渐克服，高温、高压、安全、可靠的换热器结构将朝着结构简单、制造方便、重量轻发展。随着全球水资源的紧张，循环水将被新的冷却介质取代，循环将被新型、高效的空冷器所取代。保温绝热技术的发展，热量损失将减少到目前的50％以下。

ⅳ、强化技术研究 各种新型、高效换热器逐步取代现有常规产品。电场动力效应强化传热技术、添加物强化沸腾传热技术、通入惰性气体强化传热技术、滴状冷凝技术、微生物传热技术、磁场动力传热技术将会在新的世纪得到研究和发展。同心管换热器、高温喷流式换热器、印刷线路板换热器、穿孔板换热器、微尺度换热器、微第 16页

设计（论文）专用纸

通道换热器、流化床换热器、新能源换热器将在工业领域及其它领域得到研究和应用。

ⅴ、新材料研究 材料将朝着强度高、制造工艺简单、防腐效果好、重量轻的方向发展。随着稀有金属价格的下降，钛、钽、锆等稀有金属使用量将扩大，CrMo钢材料将实现不预热和后热的方向发展。非金属材料在一定的范围内具有金属材料不可比拟的优点。石墨材料具有优良的导电、导热性能,较高的化学稳定性和良好的机加工性,氟塑料具有特别优良的耐腐蚀性。氟塑料耐腐蚀性能极强,并且与金属材料相比还具有成本上的优势。复合材料如搪瓷玻璃具有优良的耐腐蚀性能、良好的耐磨性、电绝缘性以及表面光滑不易粘附物料等优点,已经用于制作换热产品。陶瓷材料因其优异的耐腐蚀性、耐高温性能而引起工业界的高度重视,已经在换热产品的制造中得到应用。

ⅵ、控制结垢及腐蚀的研究 国内污垢数据基本上是20世纪60～70年代从国外照搬而来。四十年来，污垢研究技术发展缓慢。随着节能、增效要求的提高，污垢研究将会受到国家的重视和投入。通过对污垢形成的机理、生长速度、影响因素的研究，预测污垢曲线，从而控制结垢，这对传热效率的提高将带来重大的突破。保证装置低能耗、长周期运行，超声防垢技术将得到大力发展。

腐蚀技术的研究将会有所突破，低成本的防腐涂层特别是金属防腐镀层技术将得到发展，电化学防腐技术成为主导。

ⅶ、抗振技术研究 由于工业生产规模的日益增大，换热器的的尺寸也越来越大，因流体诱导振动所造成的破坏事故显著增多。目前，已出现多种应用新型壳程支撑结构和其他的抗振方法的新型换热器，它们在工业生产中获得广泛应用，大大延长了换热器的使用寿命。

第 17页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hgf.html