摘要：随着国民经济的增长和科学水平的上升，换热器设备在工业制造领域中的应用越来越广泛，而大型换热器的形式越来越多样、结构越来与复杂，在不同的应用领域中存在着不同的应用难点，本文主要介绍大型壳式换热器与大型缠绕式换热器的技术进展，并探讨未来发展方向。
关键词：大型散热器；壳式；缠绕式；技术进展
换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备,随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重,世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用,有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重的30%左右,其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备,其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时,促进换热设备的结构紧凑性,产品系列化、标准化和专业化,并朝大型化的方向发展。
1.试析大型缠绕管式换热器的技术难点以及其技术进展
（1）关于大型缠绕管式换热器的技术难点分析
大型缠绕管式换热器相较于传统的换热器而言具有着以下特点:首先其结构较紧凑具有着较大的传热面积并且换热系数高其次，其拥有良好的热膨胀性能具有耐高温、抗震动能力第三由于其介质温度端较小因此其不可逆损失也较小第四多种介质均参与换热且各介质之间不存在压差要求等厂般情况下这种大型换热器主要依靠进口其技术难点如下:
第一,缠绕管式换热器的传热与流动依靠的是传统的工艺计算方法并且国际上使用的日下FS以及日下RI等软件均没有其相关的计算模块第二该换热器的管板结构较复杂且管板的布管区域与GB151有着极大的区别第三缠绕管式换热器的组成部分主要由奥氏体不锈钢材料而构成的其质量决定着换热器的可靠性第四由于缠绕管式换热器的体型较大因此对其组装技术以及检测技术而提出了更高的要求。
（2）关于大型缠绕管式换热器的技术进展分析
第一我国国内有效实现了生产多股流缠绕管式换热器的目的并且解决了关于低温甲醇洗领域的技术问题第二缠绕管式换热器的传热以及流动等得到了相关计算软件的计算,并且其准确性得到了相应的验证第三国内石化镇海炼化分公司月韵口氢裂化装置高压缠绕管式换热器制造了出来并且还得到了广泛的应用,由此可以看出其组装技术以及检测技术水平均得到了明显提高另外大型换热器的出现有效减少了高压换热器与加热炉的数量,从而有效缓解了国内资源紧张的问题第四实现了对低温甲醇洗原料气冷却流程的创新目的虽然可以对其原来的复杂结构进行简化但是该设备体型加大因此不利于综合经济效益的有效提高因此对低温甲醇洗装置进行了调整与创新不仅有效提高了其传热性能而且还有效满足了生产工艺的要求；第五对大型缠绕管式换热器的原材料进行创新并且对奥氏体焊接技术也进行了创新从而有效提高了该器械的稳定性能。
2.换热器的技术进展
（1）计算流体力学(CFD)的发展
传热技术的最新动向是最初引人的关于热流体分析方面的计算机利用技术,由于计算机及其软件两方面的迅速发展,对于流体复杂现象的模拟仿真定量成为可能。最近,关于热流体分析进展已经应用于自然对流、剥离流、振动流、热流传导的直接模拟仿真,分子水平的传热机理、燃烧、辐射传热、多相流、稠液流等等方面,今后的作用期待在于促进现象的微细机理的理解,以得到换热器内流体流动的画像处理的新方法等等。
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CFD的大致作用如下:①设计的检验和评价;②设计模型,设计改进。对于大型装置的设计,在超过以往的经验和实验范围的领域时,所对应的设计必须使用CFD。因为CFD是性能经验和评价的有效方法。今后,最优化设计的工具一CFD将扩大应用。
（2）详细模型化技术
在设计模型、设计改进和设计开发时,采用实验数据和CFD结果进行相互补充的研究,国外大学、HTF(S热传递和流体应用所)和HTRI(热传递研究公司)等都立足于这些观点。对于管壳式换热器领域,壳体侧的流速分布的评价,旁路流密封德拜(Dheye)效果的定量评价,壳体侧人口部的流体分布等的使用,还有在空冷式换热器的领域内,空气侧的流动分析和评价,自然通风时性能分析等应用。
（3）传热促进技术的发展
由于低翅片管、空管、带齿管的普遍使用,带来了新的传热促进技术的发展。如利用在对流、凝缩、沸腾热传导的促进技术所产生的EHD(电气流动力学)效果受到了极大的关注。所谓EHD效果即在绝缘性优越的流体(如氟利昂)气液界面上当外加高电压的电极接近时,液体被电极吸引着,由于气液界面的不安定,所以液柱在液面上产生突起现象。这个技术与以往的传热促进法有所不同,在外部外加能量传热促进时,只要附加细微的能量,就能得到大的促进效果。该技术可以通过附加能量的调节,以达到控制促进量的目的。
（4）换热器的偏流问题
由于换热器的大型化,随之低温度差、低压力损失设计的增加,换热器的偏流间题也明显增加。从而产生了流速分布不均匀、旁路流增加、相分离、局部的高(低)流速或者高(低)温度等问题。这些问题产生的原因如下:
(l)传热性能上的问题:①传热性能和工艺性能的降低;②流体固化、冻结、劣化;③佛瑟法(Fauser)循环生长的助长(化学反应等)。
(2)机械设计上的问题:①软管振动、摩擦;②腐蚀的加速、侵蚀;③局部的高(低)温度的材料、机械设计上的问题。
换热器的设计、均一分布的流动模型和壳体侧的流动分析是基于比较简单的流体模型,可以说是在理想的流体条件前提下计算的。虽然实际的换热器自身结构不复杂,但流动状态极其复杂,因此在这种程度下不偏流是不可能的。大部分机体对性能的影响比较小,但大型换热器在低温度差、低压力损失条件下,对其性能的影响不可忽略,设计时必须仔细的进行研究。
国外研究人员进行长期研究,最近推出的新型换热器aPckionx、sRcMT,由于传热面形状的最优化和传热促进,对于偏流问题从结构上已经得到了很好的解决。
结语；综上所示，本文主要探讨了大型缠绕管式换热器以及大型壳式换热器的设计制造技术难点和取得的技术进展。通过多年的努力，我国已经能够实现多种设备元件的自主生产和研发，对于推进能源设备制造的发展起到很大的作用。但是在未来，还需要克服更多的难关、借鉴优秀经验，赶超国际水平。
参考文献；
（1）国内外换热器技术进展_周明霞.
（2）换热器技术发展综述_余德渊.
（3）浅谈大型换热器的技术进展_王峰.
（4）我国大型换热器的技术进展_陈永东.
（5）我国大型换热器的技术进展_张奇.
（6）新型换热器及其技术进展_张平亮.
（7）新型换热器技术进展及其应用_刘明.
论文作者:谭永荣
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/12
标签：换热器论文; 技术论文; 进展论文; 流体论文; 管式论文; 性能论文; 偏流论文; 《基层建设》2016年30期论文;