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国内外换热器技术进展
Ｔｈｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｔ Ｈｏｍｅ ａｎｄ Ａｂｒｏａｄ
主摘 悫 机械部通用机械研究所丁Ｋ Ｊ ７２
－７－Ｇ口 ｆ ５－
Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｈｅａｔ—ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｓｈｅｌｌ ｓｉｄｅ ａｎｄ ｔｕｂｅ ｓｉｄｅ ｉｎ ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｔｏｗａｒｄｓ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌ ｆｏｒ ｄｅｔａｃｈａｂｌｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ，ｗｅｌｄｉｎｇ—ｐｌａｔｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ，ｉｎｆｌａｔｅｄ—ｐｌａｔｅ ｈｅａｔ ｅｘ—
ｃｈａｎ￣ｅｒ，ａｎｃｌ ｓＰｉｒａｌ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｃｌ ａｂｒｏａｄ． ．，． 键词；管壳式可拆式板式焊接板式鼓泡式螺旋板式击 热蓬
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３ｏ 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。
ＣＰＶＴ Ｖｏ１．】２ Ｎ０．】】９９５ １管壳式换热器的研究动向
管壳式换热器仍然是当今应用最广泛的换
热设备，其可靠性和可能性已被充分证明。特
别是在较高参数的工况条件下，管壳式更显示
其独有的长处。目前各国在提高该类换热器性 能所开展的研究主要是强化传热，适应高参数
和各类有腐蚀介质的耐腐材料以及为大型化的
发展所作的结构改进。
提高传热系数，扩大传热面积，增大传热
温差是强化传热的三种途径。其中提高传热系
数是当今强化传热的重点。它包括有源强化 （即利用外部能量的机械和流体振动，电场、磁
场冲击的办法，改善流动状态而强化传热）和
非源强化（即改变传热元件本身的表面形状和
表面处理方法，获得粗糙表面和扩展表面；也 有用内插物增加流体本身的扰流来强化传热）
两种。目前用于管壳式换热器的强化传热，多
· ９·
维普资讯 http://www.cqvip.com ·２０· 国内外换热器技术进展
数采用非源强化的办法。
１．１ 采用强化传热管提高传热强度，减少
换热面积，使换热器提高紧凑程度，节省材料， 减缓结垢速度 国内外换热器用强化传热管通常使用螺纹
管和低翅管，我国螺纹管的翅化率一般小于３，
该类管子适用于管内介质给热系数比管外介质 绐热系数大于２倍以上的换热器，试验证明可
以提高传热系数３０ 左右。德国Ｈｄｅ公司的螺
旋槽管，当２３００＜ＲＰ＜１０ 时．传热效率比光管
提高２．３～１１．１倍，当３０Ｏ＜Ｒ ＜１５００时，传 热效率比光管提高２．０～２２倍，充分证明对于
粘性介质Ｒｅ不太高的条件下，使用螺旋槽管
有明显的效果。
瑞典ＡＬＬＡＲＤＳ公司生产的螺旋扁管换 热器，其换热管经压扁再扭转加工成型，管子
的横截面均为长圆形。该换热器管束设计有两
种布置：一种为混合管束；一种为纯螺旋扁管 束。前者用３３ 的螺旋扁管和６７ 的光管混台
排列组成。使用扁管的主要原因是可以用管子
压扁的程度来满足管内介质多种流量下适应的
流通面积．以保证一定的管内流速，使换热器
两侧的流动达到较理想的状态。这种管束不仅 有利于提高传热率，同时混合管束的排列能使
相邻的管子接触良好，互相支撑，从而提高了
抗振能力，其管束布置如图１。
圈ｌ 螺旋扁管换热器管束布置图（上 部为混合管束３３ 扭转扁管布 置，下部为１００ 扭转扁管布置） 我国某炼油厂使用大节距螺旋槽管（节距 般大于６ｒａｍ）换热器经３年运行证明，传热
系数比光管提高８５ 。该管突出的优点是能使
·２０· 管内外同时强化，且由于减少了螺纹管换热管 螺纹槽的二次旋流，又使压力降比螺纹管换热
器要小。
１９９３年沈阳市广厦热力设备开发制造公
司开发的超薄壁（３－－０．５ｒａｍ）不锈钢波纹管换 热器（管子公称直径为 ２５、 ３２、 ３８ｍｍ
等），由于波纹管壁很薄，波峰波谷高度差达
ｌＯｍｍ，换热管可以自由地轴向伸缩，有效地减
小了温差应力对换热器的破坏，其独特的波纹
外形，使其承压能力可达８ＭＰａ。该换热器不仅
强化了管内外的给热，还由于温差作用下的可 伸缩性，使表面结垢容易脱落，因此具有较强
的防垢和自动除垢的能力。 在沸腾强化传热研究中除７０年代开发的
表面高温烧结多孔管，电化学方法成型的管内
多孔管外，目前国内外使用较多的是机加工成
型的表面多孔管。如日立公司的的Ｅ管和改进
型Ｅ。管，德国Ｗｉｅｌａｎｄ Ｗｅｒｋｅ公司的Ｔ管，表
面形成多孔的隧道，增加汽化核心，同时促进
沸腾时强烈的对流给热均有明显的效果。国内
近年开发的碳钢Ｔ管也已成功的应用于重沸 器。紫铜材质Ｅ管应用于氟里昂蒸发器。
在冷凝强化传热方面，日立公司７ｏ年代开 发的螺纹踞齿管（…Ｃ管），机加工方法使翅
片外缘呈锯齿形。德国ＧＥＷＡ公司开发的 ＴｘＶ管其翅片外缘呈Ｖ字型。日本古河电器
工业会社的 ｓ十ｃ”管，即除翅片外缘滚轧有
锯齿外，并相隔一定间距轧制成大节距螺旋槽， 可以使管外玲凝给热强化的同时，使管内给热
也得到强化。我所与华南理工大学共同研制的
氟里昂冷凝器使用了“ｓ＋Ｃ”管 实测传热系
数高达９４００Ｗ／ｍ Ｋ与原使用的螺纹管冷凝 器相比传热系数提高了一倍以上，节省材料达
４０ 。 １．２改善换热器壳侧的传热 传统的管壳式换热器，流体在壳侧流动存
在着转折和进出口两端涡流的滞留区，影响了
壳侧的给热系数。为改善壳侧的流动状态，从 以下两方面开展研究：采用折流杆式换热器。美
压力容器第１２卷第１蛔 盏 睾
皇釜维普资讯 http://www.cqvip.com 压 力 容 器
国在７０年代初为解决换热器管束振动开发了
这种结构的换热器。目前美国已直接应用强化
传热管设计制造折流杆式换热器，如菲利普公
司使用螺纹管作为换热管，不仅解决了振动问 题，而且由于壳侧流动的改善使折流杆换热器
比传统的弓形折流板换热器传热系数提高
３ｏ 左右。管束的压降减少ｊ０ 。因而这种换 热器在各国的应用日趋广泛．且多数用于炼油
厂．到９ｏ年代初至少有１０００余台投入运行。采 用纵流管柬换热器。德国ＧＲＩＭＭＡ公司制造
的一种整圆形折流板换热器（图２），其结构为
折流板上横排管孔，以四个孔为一组将管桥处 铣通，壳侧流体在管桥处沿着轴向流动，避免
了流体因转折引起的滞留区。该公司用不同粘
度的甘油和水混合物进行实验，结果表明在中、
低粘度范围内纵流管束换热器传热效果明显优 于传统的圆缺形折流板换热器
图２整圆形折流板型式
２紧凑式换热器大型化发展趋势
随著强化传热理论的发展和机械加工技术 的提高，国内外出现了许多新型高效的强化传 衰１ ２１·
热表面结构，扩大传热面积，增大单位体积内
的传热面积是当今发展紧凑式换热器的出发 点。除了上述介绍的多种强化传热管和元件用
于换热器外，在现代石油、化工、食品、轻工、 机械、动力等工程中，紧凑式换热器如板式、螺
旋板式、板壳式等也有着相当快的发展，原因
是在强化传热过程中，虽然增大传热温差也是 方法之一，但受到生产工艺、设备条件、环境
条件和系统技术经济指标等的限制。因此通常 采用传热面的布置，改革传热表面结构和尽量
使冷、热流体采用全逆流或接近逆流的流动方
式来提高平均温差，从而实现较为理想的传热 单元布置。下面着重介绍板式和螺旋板式，焊
接鼓泡式等换热器的技术发展情况。
２，ｌ可拆式板式换热器
板式换热器是工业流程中较为熟悉的换热 设备之一，它具有体积小、重量轻、效率高、清
洗方便、使用灵活和便于检修等优点。近２０年
来由于结构的改进，密封垫片材料和密封槽结
构型式的发展，板片大型化制造技术的提高，板
式换热器已从最早的牛奶、啤酒和食品工业向 化工、石油、动力、医药等多领域扩展，其应 用范围已十分广泛。纵观“ＡＣＨＥＭＡ”国际化
工机械博览会参展的厂商和产品，充分说明板 式换热器作为一种高效节能和热回收设备的地
位和应用领域正在迅速扩大和提高。９０年代板
式换热器技术发展的水平和动向为： （１）板式换热器单元和单片面积大型化见 表ｌ。
单片最大 单台换热 单台最大 单台最大物 最高操作 最高操作 热效率 公司名称 面积 面积 容板量 料处理量 压力 温度 ｋｃａｌ／ｍ ，ｈ℃ Ｉｌｌ ／片 ｍ ／台 ＲＩ台 ｍ ／ｈ ＭＰａ
２０００～１００００ ＡＰＶ ４７５ ２５００ ７００ ３０００ ２． （水水） （英国） （试验压力４．Ｏ） ２００ 热回收率达 ９７ ａ Ｌａｖａｌ ２．５ １６０ （瑞典） ２．６ ２２００ （特殊３Ｏ） （特殊２００） ＧＥＡ １８０ （德国） ２．６ ２０００ ３６００ （特殊２８０）
ＣＰＶＴＶｏ１．１２Ｎｏ．１ １９９５ ·２１·
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