我国大型换热器的技术进展换热器性能分析新方法

我国大型换热器的技术进展换热器性能分析新方法
目前我国国民经济和科学水平都在不断提升，在工业制造领域中换热器设备的应用越来越多，大型换热器的形式逐渐变得多样、结构逐渐复杂，本文主要介绍大型换热器的技术进展和换热器性能分析新方法。

换热器也就是热交换器，具有较强的传热措施，在热传输过程中受到的阻力相对较小，传热能力相对较大的特点，在现在节能技术中得到广泛运用，也是合理开发新能源的关键设备，主要应用在石油、化工、医药、钢铁、供热等行业。

本文简要介绍了换热器的性能，通过对换热器的性能进行分析，从设计角度介绍了从工艺计算到换热器常规计算，不断的提高换热器的实用性能。

标签：大型换热器；技术进展；性能分析
1 我国大型换热器的技术进展
1.1 大型缠绕管式换热器的技术进展
第一我国国内有效实现了生产多股流缠绕管式换热器的目的并且解决了关于低温甲醇洗领域的技术问题第二缠绕管式换热器的传热以及流动等得到了相关计算软件的计算，并且其准确性得到了相应的验证第三国内石化镇海炼化分公司月韵口氢裂化装置高压缠绕管式换热器制造了出来并且还得到了广泛的应用，由此可以看出其组装技术以及检测技术水平均得到了明显提高另外大型换热器的出现有效减少了高压换热器与加热炉的数量，从而有效缓解了国内资源紧张的问题第四实现了对低温甲醇洗原料气冷却流程的创新目的虽然可以对其原来的复杂结构进行简化但是该设备体型加大因此不利于综合经济效益的有效提高因此对低温甲醇洗装置进行了调整与创新不仅有效提高了其传热性能而且还有效满足了生产工艺的要求；第五对大型缠绕管式换热器的原材料进行创新并且对奥氏体焊接技术也进行了创新从而有效提高了该器械的稳定性能。

1.2 换热器的技术进展
1.2.1 计算流体力学（CFD）的发展
传热技术的最新动向是最初引人的关于热流体分析方面的计算机利用技术，由于计算机及其软件两方面的迅速发展，对于流体复杂现象的模拟仿真定量成为可能。

最近，关于热流体分析进展已经应用于自然对流、剥离流、振动流、热流传导的直接模拟仿真，分子水平的传热机理、燃烧、辐射传热、多相流、稠液流等等方面，今后的作用期待在于促进现象的微细机理的理解，以得到换热器内流体流动的画像处理的新方法等。

CFD的大致作用如下：设计的检验和评价；设计模型，设计改进。

对于大型装置的设计，在超过以往的经验和实验范围的领域时，所对应的设计必须使用CFD。

因为CFD是性能经验和评价的有效方法。

今后，最优化设计的工具一CFD
将扩大应用。

1.2.2 详细模型化技术
对于管壳式换热器领域，壳体侧的流速分布的评价，旁路流密封德拜（Dheye）效果的定量评价，壳体侧人口部的流体分布等的使用，还有在空冷式换热器的领域内，空气侧的流动分析和评价，自然通风时性能分析等应用。

1.2.3 传热促进技术的发展
由于低翅片管、空管、带齿管的普遍使用，带来了新的传热促进技术的发展。

如利用在对流、凝缩、沸腾热传导的促进技术所产生的EHD（电气流动力学）效果受到了极大的关注。

所谓EHD效果即在绝缘性优越的流体（如氟利昂）气液界面上当外加高电压的电极接近时，液体被电极吸引着，由于气液界面的不安定，所以液柱在液面上产生突起现象。

这个技术与以往的传热促进法有所不同，在外部外加能量传热促进时，只要附加细微的能量，就能得到大的促进效果。

该技术可以通过附加能量的调节，以达到控制促进量的目的。

2 换热器性能分析新方法
换热器在生活中使用十分的广泛，主要就是运用在加工过程中对介质的加热和冷却的关键设备，使用最多的也就是管式换热器和板式换热器这两种占有主要地位，同时在化工业行业中使用的换热器操作工艺设备投资有20%左右，在石油行业中也就占到了40%，对于这些行业中使用换热器十分常见，也是运用最多的行业，由于在石油企业中占有40%的比例，因此在实际加工中运用较多的也就是管式换热器。

2.1 换热器的性能分析
2.1.1 换热效率高
我们在对板式换热器使用的过程中，在对之间的便面进行处理的时候，要对波纹板片之间的装置进行设置和从复运用，对其相应的介质流道进行旋转流动，也具有较高的热量传输效果，在对传热系数进行对比的过程中，对于热效率的传递也就是管式换热器的5倍之多，对于这种情况由于板式换热器在运用的时候，对其换热板片都是暴露在空气当中，但是对其热量的损失相对较小，对于换热器中的热量损失可以忽略不计，对于这种情况下也就不用采用相应的保温设备，但是在采用管式换热器的时候，在使用中对热量的损失较大，也就要合理设置保温层。

2.1.2 对数平均温差大
在采用板式换热器的时候，很多都是对换热进行流动式的分析，对于相应的修改次数一般不会太高，在对冷热介质在板间流动的时候要保证平行面的换热，
导致两端的温度相差很大，对于板式换热器使用中，两端的温度相差较小，对水的换热一般小于1摄氏度。

但是我们在采用管式换热器的进行操作的时候，冷热介质在管道进行流通，通过管道的时候也就将温度进行降低，在温度修正系数达到了5摄氏度。

2.1.3 成本较低
板式换热器的板片厚度仅仅是管式换热器的换热管的三分之一，在对换热器进行对比的过程，框架比管式換热器要轻很多，然人整体来看板式换热器只有管式换热器的五分之一，很大程度的节约了成本。

2.2 换热器管板的受力分析及其计算
2.2.1 换热器管板的受力
换热器的强度计算一般都有以下两部分，第一就是对其进行相应的常规计算，对其换热器的整体元件进行检查，在这种情况下一般容器设计都是相同的；第二就是换热器对特有的板管强度计算，其中也就包括管板的厚度和外壳的弯曲进行分析，还要对其拉胶情况进行分析，例如换热采用的膨胀脱节，对这些就要进行相应的膨胀节的计算。

在对不同的模型进行分析的结果也是不相同的，很多计算结果差异很大，不同的标准规范的计算公式也不同。

对其将管板视为承受均匀的强度的实心平板，我们也就要考虑各种负荷原因的作用和材料的分析需要按照传统的理论来进行设计处理，使用的受力平衡和相关的协调方程来求解管板厚度和应力，这是我们还要考虑换热器本身的开孔消弱、材料消弱和刚度消弱，计算具有一定的经验性。

2.2.2 换热器管板的计算
ASME管板的最小厚度：ASME与UHX对于所有型式的换热器管板均不给出直接的最小管板厚度，这也是用户在对管板应用的时候
确定相应的初值，通过不同的计算方式对其管道进行不同的确定，在对没有开孔的管板部分不进行考虑，管板与壳层的简体、管层筒体的连接性，也就是相应的比值数，如果不考虑相应的筒体壳层，对其系数的约束也就没有有一定的确定值，对其管板也就会一定程度消弱，也就会存在相互消弱的情况。

固定管板在相应的设计中很大程度上受到影响，导致管道出现弯曲的形象。

对于浮头换热器管板，ASME简化了当量应力的计算Pe（Xa）=Ps—Pt，同样TEMA也不考虑管束对管板的作用。

设计人员在对管式换热器进行使用的过程中，对其每一种计算方式都要进行确定，对其管板的连续性换热管板进行链接荷载，同时又是仅仅计算压力的工作情况在换热器中进行有效的链接荷载，换热管与管板之间的链接也就是在满足热量传输的过程中进行，更好的对其换热器的性能进行全面分析，要对所有的工况均应计算换热管与管板之间的连接载荷，并与不同工况下的许用值进行比较。

3 结语
综上所示，本文主要探讨了大型缠绕管式换热器以及大型壳式换热器的设计制造技术难点和取得的技术进展。

通过多年的努力，我国已经能够实现多种设备元件的自主生产和研发，对于推进能源设备制造的发展起到很大的作用。

但是在未来，还需要克服更多的难关、借鉴优秀经验，赶超国际水平。

在对换热器的性能进行分析的时候，我们要通过新型技术对其换热器的实际运用进行全面的分析，在工程中对换热器进行相应的有效选择，提高换热器的使用效率，更好的提高换热器的节能效果。

参考文献：
[1]张奇.我国大型换热器的技术进展[J].黑龙江科技信息，2014（29）.
[2]陈永东，陈学东.我国大型换热器的技术进展[J].机械工程学报，2013（10）.
[3]张平亮.新型高效换热器的技术进展及其应用[J].压力容器，1997（02）.。