套管式列管換熱器發(fā)展前景簡析

長期以來非接觸式換熱器一直是管殼式換熱器一國獨大的局面然而近幾十年來這種平衡有所改變 這種改變是由于各種板式類換熱器的逐步開發(fā)和應用所帶來的板式類換熱器能夠被深入研究和開發(fā)固然是有其歷史必然的回顧換熱器發(fā)展歷程雖然板式換熱設備的充分開發(fā)只是近些年的事情但是其理論和技術的出現(xiàn)卻要早的多但是人們最初舍棄了這種換熱性能遠遠占優(yōu)的換熱器形式而是選擇并大量應用了管殼式換熱器

當初人們之所以做出這種選擇原因很簡單只是出于強度考慮 板式類換熱器的結構強度遠遠低于管殼類換熱器所以不能夠應用于高壓或大多的中壓場合 板式類換熱器的這個缺點是由其結構特點所決定的所以在其自身范圍內無法改變和突破而它也就嚴重地制約了這種高換熱性能換熱器的應用和發(fā)展 形成了在最初的相當長的一段時期里板式類換熱器沒有受到人們喜愛的局面其技術進展自然也相當可憐即便是在其有了長足發(fā)展和應用的今天仍然是由于其結構強度低的原因這個自身無法逾越的痼疾它的應用領域也仍舊局限在一定范圍內

那么既然是結構強度沒有得到根本性的改變近些年板式類換熱器又是怎樣被重視起來的呢這種變化是與世界經濟的發(fā)展環(huán)境尤其是能源發(fā)展環(huán)境的變化息息相關的 世界能源的日益緊張與危機使得節(jié)能與高效逐漸受到重視加之節(jié)能減排環(huán)保的概念日益深入人心各國政府和機構都逐年加大了這方面投入的人力和物力同時也取得了許多可喜的成果很顯然板式類換熱器這種高效的換熱方式也就順理成章地受到重視并進行了再次開發(fā)且在其強度范圍所能允許的范圍內大量應用遍地開花其技術發(fā)展也達到了前所未有的時刻制造規(guī)格越來越大結構形式越來越多并出現(xiàn)了不可拆的焊合一體式板式換熱器盡管不能方便地拆洗強度卻有所增加

管殼類換熱器由于始終受到普遍應用和重視其理論研究的深度和設備改進的步伐都是板式類換熱器所不能比擬的在新的節(jié)能及環(huán)保浪潮中其技術和發(fā)展速度又有所提高許多新型高效換熱器不短涌現(xiàn)如折流桿換熱器新結構高效換熱器高效重沸器高效冷凝器雙殼程換熱器螺紋管換熱器螺紋鎖緊環(huán)換熱器Ω環(huán)高壓換熱器以及非金屬換熱器稀有金屬換熱器等都是其代表杰作這些新型高效換熱器的出現(xiàn)已經并正在為飛速發(fā)展的經濟和節(jié)約能源作出了不可估量的貢獻

縱觀換熱設備的發(fā)展及演變歷史不難看出在板式類換熱器廣泛發(fā)展管殼類換熱器不再一國獨大的今天以下四個特點始終沒有改變

1.結構強度高的管殼類換熱器仍居于主導地位

2.管殼類換熱器換熱性能仍遠低于板式類換熱器

3.板式類換熱器的結構強度仍遠低于管殼類換熱器

4.沒有換熱性能強同時結構強度高的理想型換熱器

總之一句話堅固者不高效（不節(jié)能）高效者（節(jié)能）不堅固一直以來雖然期望出現(xiàn)一種兼具二者之優(yōu)的傳熱性能高結構強度好的理想形式的換熱器是眾望所歸的事情 但這個目標顯然不容易達到

一方面 在板式類換熱器上采用諸如管殼類換熱器的耐壓的圓管結構是比較復雜的問題 即使是設計較合理的螺旋板換熱器由于其截面是螺旋而不是圓設備強度也不盡理想 另一方面 在管式類換熱器上采用類似板式類換熱器的高效換熱的薄層換熱結構也是有一定難度的 如板殼式換熱器并沒有從本質上融合二者的優(yōu)點退而求其次在管殼類換熱器的技術改進中 人們把主要精力放在以下三個方面上

1換熱管直徑盡量的細小這樣 管子半徑越小單位距離溫度梯度越大有利于獲得較高的換熱系數(shù)

2使管子內外表面變化增加湍流程度及汽化功能加槽道波紋翅片等等

3改善管外液流方式多程錯流折流導向等等

以上變化都在很大程度上改善或強化了傳熱但由于不改變管內流體的柱狀流動狀態(tài) 不改變圓管內流體傳熱的規(guī)律 不改變管內滯流層厚度（熱阻最大） 所以傳熱性能和傳熱系數(shù)難以有大幅度的提高仍與板式類換熱器在換熱強度上有較大的差距

令人欣喜的是最新出現(xiàn)的一種管殼類換熱器套管式列管換熱器 在尋求解決以上的諸問題方面作出了有益的探索

首先這種結構新穎的換熱器 其結構改進重心 不是類似于過去的諸般改造 它不著眼于管外的流體 也不著眼于管徑的縮小和管內外表面的結構形式 而是著眼于轉化板式類薄層換熱結構包含于管殼類換熱器之中 著眼于將板式類換熱器高換熱性能和管殼類換熱器高強度結構寓含于一體的一種結構巧妙意義深遠的新式換熱器 仔細分析這種套管式列管換熱器的原理 應該說 結構是新穎的 構思是巧妙的 設計是成功的 理論是獨到的 實踐上也是可行的

套管式列管換熱器的核心是由眾套管形成的套管束其設備主要結構（見圖）由筒體封頭管板及套管束等組成 兩側封頭與筒體相連筒體兩端各固定兩道管板兩端共四道管板由套管束構成換熱管束管束中每組套管均由一根內管及一根外管組成其中套管中各外管固定在兩道內管板上（上內下內）套管中各內管固定在兩道外管板上（上外下外）

這種結構在其加熱器內部形成三個流體流動的空間內流空間 封頭與外管板之間及管束中各內管內部的空間構成 外流空間由筒體內管板及管束中各外管外部的空間構成 間流空間由筒體內管板外管板三者之間及管束中各外管內部與各內管外部的環(huán)形流道在內的空間構成很顯然 這是一種十分新穎獨特的換熱器結構形式 由于它具有三個流體流動的空間所以它不僅適用于二相流體的換熱而且它也適用與三相流體間換熱特別需要指出的是它所具有的更重要的意義還在于以下幾個方面

（1）改善了設備換熱性能

這種換熱器 在列管式換熱器基礎上加以改進 換熱方式以薄層換熱為主 這是一種理論上明顯占有很大優(yōu)勢的換熱方式并且是實踐上在板式換熱器以及螺旋板換熱器上已經普遍證明了的十分高效的換熱方式 通過這種改進 換熱器的換熱系數(shù)和換熱速率有一個很大的提高 將會是現(xiàn)有管殼類換熱器所難以企及的而換熱器的廣泛應用性決定了換熱器換熱性能的較大改善其結果不僅是對企業(yè)經濟和工業(yè)發(fā)展有不可估量的有益效果而且對節(jié)約能源和環(huán)境保護有比較突出的貢獻

（2）增強了設備競爭力

這種在列管式換熱器上所做的巧妙的改進 通過薄層換熱使換熱器的換熱系數(shù)和換熱速率有一個很大的提高 將會使管殼類換熱器與板式類換熱器在換熱系數(shù)與換熱性能方面的巨大差距縮小以至于消失 增強了設備競爭力

（3）開辟了新的換熱理論

這種換熱器的這種改進設計不僅設計構思了環(huán)形流道的模式 而且發(fā)明了環(huán)狀流動的概念奠定了雙面換熱的理論

這種改進不僅提供了一種利國利民的堅固高效的換熱器設備 而且開啟了傳質與傳熱領域內一個新的極具生命力的研究方向 伴隨著這一方向理論的探討與深入 以及這一換熱設備的日臻完善與開發(fā)我國換熱器領域的研究與制造水平在世界舞臺上又將有一個質的飛躍

（4）對板式換熱技術的進一步發(fā)展有促動作用

這種換熱器的這種改進設計 實質上也是將管殼換熱器的堅強結構借鑒到板式換熱器中的板式換熱這種優(yōu)質的核心上來使得板式薄層換熱這種優(yōu)質的心臟有一個堅強的軀體 解決了長期困擾板式換熱器結構強度低應用領域始終受限制的痼疾當然這種新型高效換熱器結構形式的出現(xiàn) 同樣對現(xiàn)有板式換熱器也是一個刺激和挑戰(zhàn) 有利于技術進步和發(fā)展

（5）拓寬了換熱設備的應用領域

這種換熱器新穎的結構設計 不僅僅是綜合了管殼類換熱器強度高及板式類換熱器換熱強的優(yōu)點 摒棄了二者的缺點而且其傳熱性能更優(yōu)于板式類換熱器尤其是它具備速冷速熱能力和具有較小的換熱溫差二大優(yōu)勢 這都能增加換熱單元設備的應用范圍 增加工藝設計中傳熱操作的設計范疇并且為以前一些受傳熱速率或溫差限制的換熱設計提供了可能性 如小溫差回收熱能小溫差冷卻以及快速精確恒溫控制等等 其所以能夠如此 這是由于板式換熱器中雖然也是薄層換熱 但二相流體的流道體積相接近 不區(qū)分目標流體和環(huán)境流體 而在套管式列管換熱器中 被冷卻或被加熱的流體作為目標流體在環(huán)形流道中做環(huán)狀薄層流動而另一相流體做為環(huán)境流體同時在內流空間及外流空間流動 其體積遠大于目標流體 溫度變化較小 并與目標流體的終溫差值較小 所以可以取得較理想的速冷速熱或極小溫差換熱的傳熱效果

（6）有利于理想型換熱器的研究與探索

盡管換熱器已經歷史悠久 結構種類五花八門 但是在當前科學技術都已經很發(fā)達的今天應該說換熱器還沒有一種讓人們覺得很理想的結構形式始終居于主導地位的管殼類換熱器換熱性能不強 板式類換熱器換熱性能強但結構強度低應用范圍受限

所以 換熱設備實際上是一種換熱和強度不能兼顧的二無奈局面套管式列管換熱器在探索融合管殼式換熱器和板式類換熱器二者優(yōu)點 尋求提供一種理想型的可以作為更新?lián)Q代的換熱器結構形式方面邁出了具有實質性意義的一步這將刺激人們對這方面問題的重新重視和注意加大投入研究和開發(fā)的力度其結果不僅是換熱理論和設備水平的又一次提高 也一定會對工業(yè)經濟的發(fā)展做出貢獻對節(jié)約能源和環(huán)境保護有不可估量的促進意義

結語總而言之套管式列管換熱器不僅有結構上的創(chuàng)新也有理論上的突破不僅換熱性能好而且結構強度高不僅為我們提供了新的產品而且為我們提出了新的課題

所以可以說它是一個好技術好產品而一個好的技術總是會被重視的一個好的產品也沒有理由不會被市場所接受 而一個有價值的好項目也就一定會在實踐中展現(xiàn)它無窮的魅力的所以我們有理由相信套管式列管換熱器在不遠的將來會與管殼類換熱器和板式類換熱器三分天下鼎足而立