换热器简介和强化换热

管壳式换热器强化传热技术概述马越中国矿业大学化工学院,江苏徐州，221116摘要:总结了近年来国内外新型管壳式换热器的研究进展，从管程、壳程、管束三方面介绍了管壳式换热器的发展历程、结构改进及强化传热机理,并与普通弓形折流板换热器进行对比，概括了各式换热器的强化传热特点。

最后指出了换热器的研究方向。

关键词:管壳式换热器；强化传热;研究方向Overview of the Shell and Tube Heat Exchangers about Heat TransferEnhancement TechnologyMA YueCUMT,Xuzhou，jiangsu，221116Abstract:Abstract : The research progress of shell and tube heat exchanger were summarized. The development structural improvement and heat transfer enhancement of the heat exchangers were introduced through three aspects e. g. tube pass shell pass and the whole tub bundle etc. Compared with the traditional segmental bame heat exchanger various types of heat exchangers'characteristics about heat transfer enhancement were epitomized。

At last，the studying directions of heat exchangers were pointed out.Key words：shell and tube heat exchanger;heat transfer enhancement；studying direction1引言《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出,到2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0。

换热器的概念、特点、分类及应用换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。

这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。

随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。

为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。

完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件；（2）结构安全可靠；（3）便于制造、安装、操作和维修；（4）经济上合理。

浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。

浮头端设计成可拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。

（也可设计成不可拆的）。

这样为检修、清洗提供了方便。

但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。

因此在安装时要特别注意其密封。

浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。

在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。

该外径应小于壳体内径Di，一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。

这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。

以便于进行检修、清洗。

浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。

钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。

随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。

钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。

浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。

各类换热器与强化换热简述换热方式分类：直接接触式换热；蓄热式换热；间壁式换热；中间载热体式换热。

直接接触式换热器：两种不同温度的流体直接接触，相互混和传递热量。

特点是结构简单，传热效率高。

适于两种流体允许混和的场合。

如凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。

蓄热式换热器：当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高，然后与冷流体接触，将热量传递给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。

特点是结构简单，可耐高温，体积庞大，不能完全避免两种流体的混和。

适于高温气体热量的回收或冷却。

如回转式空气预热器。

间壁式换热器：所谓间壁式换热器是指两种温度不同的流体在固定壁面相隔的空间内流动，通过两侧流体与避免的对流换热及避免的导热而进行的热量传递的换热器。

参与换热的两种流体不会混合，传递过程连续而稳定的进行。

如各种管壳式、板式结构的换热器。

按传热面形状和结构分：管式换热器：通过管子壁面进行传热的换热器。

按传热管的结构形式可分为管壳式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、翅片式换热器等。

结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高操作压力和温度。

在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。

换热效率、结构紧凑性、单位传热面积的金属消耗等方面不如其他新型换热器。

板式换热器：通过板面进行传热的换热器。

按传热板的结构形式可分为平板式、螺旋板式、板翅式、热板式换热器等。

特殊形式换热器：根据工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器。

如回转式、热管、同流式换热器等。

蛇管式换热器：a.沉浸式蛇管结构简单，造价低廉，操作敏感性较小，管子可承受较大流体介质压力。

管外流体流速很小，因而传热系数小，传热效率低，需要的传热面积大，设备显得笨重。

常用于高压流体冷却、反应器的传热元件，容器加热。

b.喷淋式蛇管套管式换热器：结构简单，适应广，传热面弹性大；两侧流体均可提高流速，两侧传热系数高。

、换热器的类型一二、列管换热器基本型式三、新型换热器四、各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径1、管式换热器1）沉浸式换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（多盘成蛇形，常称蛇管），并沉浸在容器内的液体中。

蛇管内、外的两种流体进行热量交换。

几种常见的蛇管形式如图所示。

优点：结构简单、价格低廉，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造缺点：容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。

2）喷淋式换热器喷淋式换热器也为蛇管式换热器，多用作冷却器。

这种换热器是将蛇管成行地固定在钢架上，热流体在管内流动，自最下管进入，由最上管流出。

冷水由最上面的淋水管流下，均匀地分布在蛇管上，并沿其两侧逐排流经下面的管子表面，最后流入水槽而排出，冷水在各排管表面上流过时，与管内流体进行热交换。

这种换热器的管外形成一层湍动程度较高的液膜，因而管外对流传热系数较大。

另外，喷淋式换热器常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时也带走一部分热量，提高了冷却效果。

因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果要好得多。

同时它还便于检修和清洗等优点。

其缺点是喷淋不易均匀。

3）套管式换热器套管式换热器是由大小不同的直管制成的同心套管，并由U型弯头连接而成。

每一段套管称为一程，每程有效长度约为4~6m，若管子过长，管中间会向下弯曲。

在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两流体可以为逆流，对传热有利。

另外，套管式换热器构造较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。

因此它较适用于流量不大，所需传热面积不多而要求压强较高的场合。

4）列管式换热器优点：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传热效果好。

能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。

在列管式换热器中，由于管内外流体温度不同，管束和壳体的温度也不同，因此它们的热膨胀程度也有差别。

管壳式换热器强化传热技术概述管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。

在传统的管壳式换热器中，传热效率往往受到传热面积、换热系数、导热系数等因素的限制。

为了提高传热效率，强化传热技术应运而生。

本文将介绍管壳式换热器强化传热技术的基本原理和应用。

管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。

它主要由壳体、传热管束、管板、折流板等组成。

在管壳式换热器中，两种不同的介质通过传热管束进行热量交换。

管束中的传热介质通过热对流和热传导两种方式将热量传递给管壁，管壁再将热量传递给另一种介质，从而实现两种介质之间的热量交换。

强化传热技术的原理主要包括：增加传热面积、提高换热系数、降低导热系数和增大比热容等。

这些因素共同影响着传热效率。

增加传热面积可以通过采用具有高导热系数的材料、增加传热管的数量或改变传热管的形状等方式实现。

提高换热系数可以通过改变流体的流动状态、减小流体的层流底层厚度、增加流体的湍流度等方式实现。

降低导热系数可以通过在管壁涂覆低导热系数的涂层、采用高导热系数的材料等方式实现。

增大比热容可以通过改变流体的流动速度、增加流体的浓度差等方式实现。

强化传热技术在管壳式换热器中的应用广泛，以下举几个例子：（1）蒸发：在蒸发过程中，强化传热技术可以有效地提高加热器的传热效率，减小能耗，降低生产成本。

例如，采用高频扰动技术可以增加液体的湍流度，减小传热膜系数，从而减少蒸发时间，提高蒸发效率。

（2）冷凝：在冷凝过程中，强化传热技术可以促进水蒸气与冷却水之间的热量交换，提高冷凝效率。

例如，采用细小肋片管可以增加传热面积，同时采用螺旋肋片管可以增加流体的扰动程度，减小传热膜系数，从而提高冷凝效率。

（3）受热面积增大：通过改变管束的排列方式或增加管束数量，可以增大管壳式换热器的受热面积。

采用多程管束可以增加壳程受热面积，同时采用小直径管束可以增加程数，从而进一步提高受热面积。

强化传热技术在管壳式换热器中具有广泛的应用前景，它可以有效地提高换热效率、减小能耗、降低生产成本，同时也可以延长设备的使用寿命。

换热器的强化传热摘要：所谓换热器传热强化或增强传热是指通过对影响传热的各种因素的分析与计算，采取某些技术措施以提高换热设备的传热量或者在满足原有传热量条件下，使它的体积缩小。

换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热面积（F）；加大传热温差；提高传热系数（K）提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高技能换热设备[1]。

这可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高[2]。

换热器的开发与研究成为人关注的课题。

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。

与此同时，近几年,我国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也获得了重大突破[3]。

国外在换热器的强化传热研究、强化传热元件开发、新型壳程结构设计中也有了突破性的进展[4]关键词: 换热器; 节能减排; 强化传热；结构；优化；优化设计1 换热器强化传热的方式1.1 扩展传热面积F扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最简单的一种方法。

在扩展换热器传热面积的过程中，如果简单的通过单一地扩大设备体积来增加传热面积或增加设备台数来增强传热量，不光需要增加设备投资，设备占地面积大、同时，对传热效果的增强作用也不明显，这种方法现在已经淘汰。

现在使用最多的是通过合理地提高设备单位体积的传热面积来达到增强传热效果的目的，如在换热器上大量使用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料，通过这些材料的使用，单台设备的单位体积的传热面积会明显提高，充分达到换热设备高效、紧凑的目的。

1.2 加大传热温差Δt加大换热器传热温差Δt是加强换热器换热效果常用的措施之一。

在换热器使用过程中，提高辐射采暖板管内蒸汽的压力，提高热水采暖的热水温度，冷凝器冷却水用温度较低的深井水代替自来水，空气冷却器中降低冷却水的温度等，都可以直接增加换热器传热温差Δt。

化工原理换热器的强化传热技术综述班级：卓越11-2班姓名：1.化工行业能源现状简介1.1中国石油化工发展概述经过几十年的发展，我国石油化工的生产规模已逐渐扩大，自动化水平也有较高发展，是中国的支柱产业之一，也是保证国民经济稳定持续发展重要要素之一。

但是由于在研发新产品和技术创新方面有所欠缺，石油化工产品结构不合理，发生供过于求或资源浪费的现象，针对目前石油化工产业发展情况，需要掌握更多先进生产技术，优化生产设备的配置，提高产品的产出率和资源的循环利用。

本文就石油化工行业中最为常见的设备——换热器来探讨一下能量的利用过程中如何来提高其利用率。

1.2换热器强化传热技术研究的必要性由于温室效应导致全球气候变暖，为了改善我们的环境，需要我们节能减排，单位GDP所消耗的能量减少，而整个石化行业又是我们国家的一个耗能大户，所以我们需要对整个化工生产中的热量进行合理配置。

这对于节约能源和保护环境都有重要的意义强化传热技术是采用强化传热元件，对换热器的结构进行改进，从而提高传热效率同时提高余热利用率，以期达到最优生产目的先进技术。

换热器是保证石油化工生产和石油炼制的生产和加工过程能正常进行的重要设备之一。

石油化工生产过程中会有大量的余热产生，通过应用强化传热技术，使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最大量，这就可以高效回收生产过程中的余热，并且加以充分利用，达到循环利用资源的目的。

2.换热器强化传热的途径2.1理论依据根据总传热速率方程Q=KAΔt m可知，要想强化换热器的传热过程，我们可以从三个方面入手，提高传热系数K，提高传热推动力Δt m，增大传热面积A。

2.2换热器结构的改进2.2.1传热管的表面结构处理2.2.1.1无相变传热无相变传热是指在对流换热中不发生蒸汽凝结或液体沸腾的换热过程。

工业生产中, 主要应用的异形管有: 螺旋槽管、旋流管、波纹管、缩放管、横纹管、螺旋椭圆扁管、变截面管、内肋管等。

•换热器基本概念与分类•换热器结构与工作原理•换热器性能评价指标及方法•换热器选材与制造工艺目录•换热器安装调试与维护保养•换热器在节能减排中应用01换热器基本概念与分类换热器定义及作用定义作用换热器发展历程近代换热器早期换热器随着工业的发展，对换热器的传热效率和性能要求越来越高，出现了各种新型、高效的换热器。

现代换热器管壳式换热器板式换热器螺旋板式换热器热管式换热器常见类型及其特点应用领域与市场前景应用领域市场前景02换热器结构与工作原理主要组成部分介绍01020304换热管管板折流板/支撑板壳体工作原理简述换热管内的流体与管外的流体通过管壁进行热量折流板热量通过固体壁面（如换热管壁）从高温侧传递到低温侧。

热传导流体流过固体表面时，与固体表面发生热量交换。

对流换热在高温环境下，物体通过电磁波的形式向外发射热量。

辐射传热传热过程分析010204流体动力学特性流体在换热器内的流动状态（层流或湍流）影响传热效果。

折流板/支撑板的形状和位置对流体流动和传热有重要影响。

换热器的进出口位置和连接方式也会影响流体的分布和流动状态。

流体的物理性质（如密度、粘度、导热系数等）对传热效果有直接影响。

0303换热器性能评价指标及方法换热效率衡量换热器在单位时间内传递热量的能力，是评价换热器性能的重要指标。

压力损失流体在换热器内流动时产生的压力降，直接影响系统的能耗和运行成本。

换热面积有效传热面积的大小直接影响换热器的传热效率，是设计和选型的关键参数。

结构紧凑性紧凑的换热器结构有利于减小设备体积和重量，提高空间利用率。

性能评价指标概述实验测试方法介绍热平衡法压差法红外热像仪检测流体可视化实验数值模拟技术应用计算流体力学（CFD）模拟利用CFD软件对换热器内流体流动和传热过程进行数值模拟，预测性能并优化设计方案。

有限元分析（FEA）应用FEA方法对换热器结构进行力学分析和热应力计算，确保设备安全可靠。

多物理场耦合模拟考虑多种物理场（如流场、温度场、应力场等）之间的相互作用和影响，提高模拟精度和可靠性。

换热器综述5篇第一篇：换热器综述换热器的综述前言随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。

在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。

换热器组内的传热过程目的一般可以分为两类: 一类是为了热功转换, 另一类是为了加热或者冷却物体.相应地, 传热过程也包含熵产最小以及火积耗散极大这两种不同的优化原理.通过分析换热器组内的传热过程, 并在一定约束条件下利用不同的原理对换热器组的面积分配进行优化, 得出熵产最小原理适用于包含在热力循环中的换热器优化问题, 而火积耗散极大原理则更适合分析仅涉及传热过程的换热器优化问题.并且, 在使用熵产最小原理优化热力循环中的换热器时, 除了需要考虑冷、热端换热器产生的熵产外, 也应考虑乏汽排放到外部环境引起的熵产.在换热器的设计中，很多因素都将影响到换热器的设计是否优化合理、安全可靠，是否能正常运转、高效耐用。

本文通过对管壳式换热器设计的综述，增强对换热器设计环节的重视与考虑，使设计更加准确、完善。

一、换热器 1.1换热器的介绍换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。

换热器被应用于超过 80%的能源利用系统, 它是热能和化工等工程领域中最重要的设备之一.因此, 提高换热器的换热性能通常被认为是提高能源利用效率的关键因素之一.经过长期的不懈努力,科研人员已经提出了多种不同的主动/被动式强化换热技术来提高换热性能。

在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。

这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。

随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。

列管式换热器强化换热系统如何运作，它的换热效果如何？这些是任何一个从事电工、化工、冶金等行业的人士所需要了解的问题。

而随着近年来，其生产技术的不断创新和发展，目前，市面上涌现了众多的生产厂家，而我们在选择的时候，需要详细的了解一下，下面高和就为大家详细的介绍下，希望对你有所帮助。

管壳式换热器亦称为“列管式换热器”，它是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。

列管式换热器的特点是单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，适应性强及处理能力大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。

其在凝汽器换热器内加装固定式扰流子，将直接大幅度增加管内层流层面积，因扰流作用产生的温度场优化效果因此而被弱化，固定式扰流子的材质通常为金属，不论表面经过如何处理，长期使用过程中，不可避免会与换热管内壁发生电化学腐蚀，降低凝汽器使用寿命。

而现如今，可采用列管式换热器强化系统来进行。

在每根换热管里满管安装，全覆盖，无死角，在线连续清洗和强化换热同步实现，既保证了换热管始终干净无垢，又大大增强了换热管内壁对流换热能力，使凝汽器整体换热效果增强，远高于换热管为光管时状态，即设计状态。

在运行中因受到循环水冲刷和螺旋线型前进的水流的双向反作用力相互作用，一直在换热管轴心附近高速旋转并不停地小幅度高频率摆振，拥有较强自清洁能力。

此外，还免除了胶球清洗装置人工操作的随意性和能耗，减少加药量，减轻换热管垢下腐蚀，免除头疼的停机清洗工作，持续经济效益巨大，相较于传统胶球清洗系统有很大优势。

RCCS-列管式换热器强化换热系统的核心是围绕设备及系统的运行管理推出一整套系统解决方案。

目前，主要运用于水泥行业余热发电方面。

目前国内自动除垢换热系统（自转螺旋纽带）的应用已很普遍，效果显著。

该技术于2008年已收录国家发改委《国家重点节能技术推广目录（第一批）》。