新型换热技术.docx

新型换热技术.docx

《新型换热技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型换热技术.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

新型换热技术

换热器最新换热技术

换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。

因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来，各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径。

在研究投入大、人力资源配备足的情况下，一批具有代表性的高效换热器和强化传热元件诞生。

随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果，得到了大量的回报，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T形翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张状况。

换热器的种类繁多，有多种分类方法。

一、按原理分类：

1、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。

2、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。

3、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。

二、按传热种类分类

1、无相变传热

一般分为加热器和冷却器。

2、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、虹吸式重沸器、再沸器、蒸发器、蒸汽发生器、废热锅炉。

三、按传热元件分类

1、管式传热元件：

（1）浮头式换热器

（2）固定管板式换热器

（3）填料函式换热器

（4）U型管式换热器

（5）蛇管式换热器

（6）双壳程换热器

（7）单套管换热器

（8）多套管换热器

（9）外导流筒换热器

（10）折流杆式换热器

（11）热管式换热器

（12）插管式换热器

（13）滑动管板式换热器

2、板式传热元件

（1）螺旋板换热器

（2）板式换热器

（3）板翅式换热器

（4）板壳式换热器

（5）板式蒸发器

（6）板式冷凝器

（7）印刷电路板板换热器

四、非金属材料换热器分类

（1）石墨换热器

（2）氟塑料换热器

（3）陶瓷纤维复合材料换热器

（4）玻璃钢换热器

五、空冷式换热器分类

（1）干式空冷器

（2）湿式空冷器

（3）干湿联合空冷器

（4）电站空冷器

（5）表面蒸发式空冷器

（6）板式空冷器

（7）能量回收空冷器

（8）自然对流空冷器

（9）高压空冷器

（10）穿孔板换热器

六、按强化传热元件分类

（1）螺纹管换热器

（2）波纹管换热器

（3）异型管换热器

（4）表面多孔管换热器

（5）螺旋扁管换热器

（6）螺旋槽管板换热器

（7）环槽管换热器

（8）纵槽管换热器

（9）螺旋绕管式换热器

（11）T型翅片管换热器

（12）新结构高效换热器

（13）内插物换热器

（14）锯齿管换热器

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。

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，煤油加氢，汽油、柴油加氢和润滑油加氢装置等建设量增加，所需的高温、高压换热器数量随之加大。

螺纹锁紧环换热器、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，换热器占有的投资占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器主要是用特殊材料制造的废热锅炉，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。

进入20世纪如年代以来，随着装置大型化的发展要求，大型换热器的使用需求增加，乙烯换热器就是一个例子：

换热器直径达2.4m，炼油重整装置进料换热器直径达2.4m，重量达120t，传热面积已达3300m2，高度达30m。

如何提高传热效率，减少振动损失，是两项十分重要的课题。

大型化使得换热面积要达到5000m2，国外已达到8000m2，这样大面积的换热器制造难度大，使用要求高，安装难度更大。

如何解决大型化的难题，经过20年的努力，在传热技术上国内已研制成功的双壳程换热器、大型板壳式换热器，具有强化传热的高效换热器，有效地解决了传热效率低的问题；折流杆换热器的应用有效地克服了管束的振动，延长了管子的寿命，解决了振动损坏，提高了工艺性能，降低了动力消耗，且宜用于较脏的场合。

板翅式换热器的发展，使换热器的效率提高到新的水平，结构更紧凑。

这种换热器的采用，满足了飞机发动机中间冷却和内燃机车发动机、汽车发动机冷却的需要。

由于具有体积小、重量轻、效率高、可处理两种以上介质的优点，这种换热器迅速在石油化工、乙烯装置中得到推广应用。

在低温场合（-185℃的氮气冷却、-177℃液态空气冷却、-130-150℃的乙烯冷却、-165℃的天然气冷却和空分装置的冷却），采用板翅式换热器可减小体积5-15倍，节约重量20-30倍以上。

随着铝及铝合金钎焊技术的日趋发展，应用场合及范围将越来越广泛。

新型高效、紧凑式换热器的另一个结构形式——板式换热器及板壳式换热器的应用亦不断得到拓展，由于城市集中供热的需求，越来越多的板式换热器得到使用，节省了占地面积，节约了金属耗量。

随着城市中集中供热规模越来越大，面积小于1000m2,使用温度小于200℃压力小于2.0MPa的板式换热器已不能适应工况的需要。

如山西某城市供热系统200MW的场合，换热面积单台需要3600m2，这无疑需要大型板壳式换热器，单板面积可达12m2（板式换热器单板面积国外2.4m2，国内1.8m2），单台传热面积可达5000m2，板壳式换热器承温可达700℃，承压可达20MPa。

用板壳式换热器取代管壳式换热器，重量可节省1倍左右，占地面积可节省60%,多回收热量可达总热负荷10%以上，节省设备长度近2倍，节约投资10%左右。

单套60万吨/年重整装置的立式换热器采用管壳式换热器，换热面积约需3350m2，重量125t，高度30m。

而采用板壳式换热器，换热面积约需1800m2，重量55t，高度13m，每年可节省燃料油600t，节省操作费用125万元。

国产第一台350m2板壳式换热器，已在中国石油克拉玛依分公司运行1年零2个月；国产3000m2板壳式换热器亦即将在中国石油乌鲁木齐石化分公司40万吨/年重整装置中应用，结束了我国大型板壳式换热器依赖进口的局面，这一领域技术已达到国际先进水平。

螺旋板式换热器目前在石油、化工、冶金、电力中的应用较普遍，结构上已开发出可拆和不可拆两种。

作为紧凑式换热器品种之一，它的主要优点是：

占地面积较小，安装方便。

材料主要有碳钢、不锈钢、钛及其合金，主要用于设计压力小于2.5MPa，温度小于300℃的中、低温位的冷却，化工装置中采用较多，食品、医药中较于净的介质多使用这种换热器。

如山东铝厂使用6台90m2的螺旋板换热器取代列管式换热器，节省传热面积390m2，节省钢材55t，节省占地面积2倍，使用温度小于200℃。

但螺旋板换热器在有应力腐蚀的场合应慎重使用。

随着人民生活水平的提高，牛奶、果汁、明胶用量越来越大，大型多效板式蒸发器的开发适应了食品加工业的发展。

板式蒸发器国内技术已达到国际先进水平，板间大量蒸发降温既要满足杀菌作用，同时要达到浓缩和保证蛋白质的营养。

它的板片形状较为特殊，结构上与普通板式换热器不同，带有很大的蒸发空间，单台面积可达50m2，可处理20t/h的牛奶、果汁等介质。

在化肥、天然气液化、乙烯、煤气化装置中，螺旋绕管式换热器开发于70年代，应用于制氧等低温过程中。

螺纹统管式换热器结构是芯筒与外筒之间的空间内将传热管接螺旋线形状交替缠绕而成，属盘管换热器之列。

相邻两层螺旋状传热的螺旋方向相反，一般分为单层和多层，可同时处理两种以上介质。

传热管管程一般采用

的传热管，所以传热面积相对较大，结构紧凑，可达100-170m2。

该换热器承压

2.2MPa，有自行补偿热膨胀性能，单台传热面积可达25000m2。

由于管径较小，在用于结垢较重的场合易发生堵塞现象，而且无法机械清洗。

在氯碱行业及化工行业中强酸、强碱的强腐蚀场合较多，为了有效解决强腐蚀的问题，近年来研制成功的列管式石墨换热器、板式石墨换热器、玻璃钢换热器。

氟塑料换热器、陶瓷纤维复合换热器等非金属换热器已在耐温、耐压上有所突破，在上述工业装置中得到推广使用。

可处理的介质有盐酸、硫酸、醋酸和磷酸等强腐蚀介质，其传热面积最大可达1000m2，使用温度可达800℃以内，重量节约2倍，耐压可达2.0Mpa，占地面积节省1/3-1/4。

在低温余热回收系统，热管的应用带来了巨大的社会效率，在烟气余热回收系统，国内普遍采用热管来回收低温热源，达到节能的目的。

目前开发的无机热管不仅在工业装置中应用，而且适用于家庭热水系统，既方便又节约能源。

热管主要是利用小的表面积来传递较大的热量，是20世纪60年代中期发展起来的传热元件。

国外50年代进入民用工业，具有效率高、压降低、结构紧凑等优点。

如某厂在一座

加热炉回收余热，烟气从399℃降到168℃，使空气温度提高230℃，每小时回收余热

，使加热炉燃料减少15%，获得显著的经济效益。

由于我国目前油田多进入中、后期开采，原油中盐、硫含量升高，常减压装置常压塔及减压塔顶的腐蚀越来越严重。

在这些场合，碳钢换热器的寿命仅为4-18个月左右，防腐已从单纯的涂层发展到采用钛材料的防腐，使钛换热器已从原来化工装置的应发展到炼油装置。

国内早期用于炼油常压塔顶的是齐鲁石化公司炼油厂，目前国内数炼厂已在此场合应用钛换热器来提高换热器的寿命，一般寿命可达5-10年左右，长周期运行起到了重大作用。

钽和锆换热器近年来发展也较为迅速，在化工工业中到应用。

虽然这些稀有金属价格昂贵，但由于具有特殊的优良性能如耐温、耐蚀等而用较广，现已开始制定担和锭压力容器的行业标准，在化工深加工装置中将得到进一步的应用。

防腐涂层换热器的发展也较为迅速，从20世纪80年代中期投资低、防腐效果好的847防腐涂料开始，发展到90年代的901，不仅在冷却水系统成功防腐，而且还具有抗垢性能，Ni-p非金属化学镀层在60℃以下海水和氯离子的防腐方面也起到了重要的作用，在110℃以下对硫的防腐也发挥了较大的作用，不仅防腐而且起到了耐冲蚀、耐磨作用。

随着全球水资源日益紧张，空冷式换热器已在石油、化工、冶金、核能、电力行业得到大量的应用。

空冷式换热器利用空气作为冷却介质，替代了循环水系统对环境的污染，节能效果非常明显。

常用的空冷式换热器有干式空冷器和湿式空冷器，干式空冷器介质温度一般可冷却到高于环境温度15-20℃，湿空冷介质温度一般可冷却到高于环境温度5-10℃，90年代中期以后国内兰州石油机械研究所针对全球气温变暖，环境温度增高，常规空气冷却能力下降的现实，根据凉水塔的原理，开发了表面蒸发式空冷器用于炼油、化工、乙烯、天然气、冶金装置中，可使介质温度冷却至高于环境湿球温度,5℃，既节省占地面积1/2，又节省操作费用67%，目前已在工业中大量推广使用，一年内收回全部投资。

新世纪开始后，代表国际领先技术水平的板式空冷器研制成功，它结构紧凑、占地面积小（仅为1/4）、重量轻（仅为1/3）、换热面积大（