渭?xì)な綋Q熱器

管殼式換熱器是典型的換熱設(shè)備，它在工業(yè)上的應(yīng)用有悠久的歷史。目前，這種設(shè)備被當(dāng)作一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，仍在很多工業(yè)部門(mén)中被大量使用。尤其在化工、石油和石油化學(xué)工業(yè)中，管殼式換熱器在所有換熱設(shè)備中仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。從一些國(guó)家生產(chǎn)的總的換熱設(shè)備中管式換熱器所占的比重也可看到這種情況。表2一1列出了日本近五年來(lái)管式換熱器的總產(chǎn)量及其在整個(gè)換熱設(shè)備中的比例。不難看出，管式換熱器所占的平均比重，按臺(tái)數(shù)算為32.9%,按重量算為52.7 %,按產(chǎn)值算則為53-9% [21. 44,6, 49, 94、95]。
一般說(shuō)來(lái)，管殼式換熱器易于制造，生產(chǎn)成本較低，選用的材料范圍廣，換熱表面的清洗比較方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，高溫、高壓場(chǎng)合下亦能應(yīng)用。板式換熱器正由于它具有這些特性，尤其是能承受高溫、高壓，所以它能在近代出現(xiàn)的各種新型、和緊湊換熱器的競(jìng)相發(fā)展中，得以繼續(xù)存在。無(wú)疑，就傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性以及單位換熱面積的金屬消耗量等方面而論，它確實(shí)無(wú)法同各種類型的“板式”換熱器相比。但近代的一些化學(xué)工藝過(guò)程卻要求在高溫、高壓下進(jìn)行。顯然，在這種條件下，從受力的觀點(diǎn)看，“管式”構(gòu)件比“板式”構(gòu)件有利得多。因此，國(guó)外目前在加迅研究和發(fā)展各種新型換熱器的同時(shí)，仍在大zui生產(chǎn)和使用管式換熱器。換熱設(shè)備朝“板式”結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)，并不意味著在可見(jiàn)的將來(lái)能夠*以“板式”結(jié)構(gòu)取代“管式”結(jié)構(gòu)。預(yù)料在今后若干年內(nèi)，管殼式換熱器仍將是化工、煉油和石油化學(xué)工廠中重要的換熱設(shè)備之一。并且是高溫、高壓和大型換熱器的主要形式。
管殼式換熱器在長(zhǎng)期的使用中，不斷得到改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)目前已近于比較完善的地步。 管殼式換熱器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上近幾年來(lái)雖然沒(méi)有多大變化，但對(duì)“管式表面”的傳熱機(jī)理及強(qiáng)化傳熱的各種途徑進(jìn)行了許多探討。‘這些研究工作雖然有些尚處于試驗(yàn)階段，但有的已開(kāi)始在某些工業(yè)領(lǐng)域獲得采用。有些新型結(jié)構(gòu)，是為某些特定條件而研制的，因此不具有廣泛意義，也有些新型結(jié)構(gòu)，從傳熱效串上看很高，但難于制造，缺乏更大的實(shí)際價(jià)值。
換熱器的其它機(jī)械設(shè)計(jì)和總體布置上近來(lái)有某些改進(jìn)，比較成功的改進(jìn)，大部分反映在美國(guó)TEMA標(biāo)準(zhǔn)1968年第五版里。但還有一些改進(jìn)設(shè)計(jì)，限于滿足某些特定場(chǎng)合或由于制造上的考慮，未獲得大量推廣。
由于設(shè)備大型化的需要，不僅換熱器殼體直徑在加大，而且管子長(zhǎng)度也在隨之增加。但與此同時(shí)，卻有人提出短管子換熱器，他們認(rèn)為采用短管，能夠產(chǎn)生持續(xù)不斷的湍流，使換熱面上的流休界面層變簿，甚至可以限止界面層的形成，從而提高傳熱效率。按照這種理論而設(shè)計(jì)的EHE型（EHE公司）換熱器（見(jiàn)圖2一1），據(jù)報(bào)導(dǎo)達(dá)到了很高的傳熱效率。在同樣操作條件下比普通管殼式換熱器的傳熱系數(shù)高5一6倍。使用清潔介質(zhì)時(shí)，總傳熱系數(shù)達(dá)7320-9760仟卡/米忿·小時(shí)·℃。這種換熱器結(jié)構(gòu)很緊湊，可以安裝在管線上而不需另加支撐。這種換熱器據(jù)稱是用特殊工藝制造的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)尚不清楚C2, 42]。
為了減少流體在管間的短路，國(guó)外有人設(shè)計(jì)了所謂“無(wú)間隙”換熱器，即折流板與殼體之間和折流板孔與管子之間“無(wú)間除”。這種改進(jìn)由于避免了液體短路，從而提高了傳熱效串。但它制造困難，例如對(duì)殼休尺寸和幾何形狀公差要求高，折流板鉆孔必須仔細(xì)，穿管困難，而且對(duì)于浮頭式或U形管式結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，當(dāng)其運(yùn)行后進(jìn)行清洗時(shí)，由于銹蝕或污塞，管束難以拉出。盡管避免折流板孔與管子間存在間隙，從機(jī)械結(jié)構(gòu)上講，由于消除了管子的振動(dòng)，因而避免了管子的磨損和彎曲;但從傳熱學(xué)的觀點(diǎn)看，國(guó)外也有人認(rèn)為這對(duì)提高傳熱效率并無(wú)好處。因?yàn)樵撎幋嬖诘奈⑿￠g隙，能使局部傳熱產(chǎn)生強(qiáng)化C1,7]。這種“無(wú)間除”換熱器，國(guó)外未見(jiàn)大量推廣。