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简析套管式列管换热器的发展前景！

2014-05-21

长期以来，非接触式换热器一直是管壳式换热器一国独大的局面。然而近几十年来，这种平衡有所改变。这种改变是由于各种板式类换热器的逐步开发和应用所带来的。板式类换热器能够被深入研究和开发，固然是有其历史必然的。回顾换热器发展历程，虽然板式换热设备的充分开发只是近些年的事情，但是其理论和技术的出现却要早的多。但是人们最初舍弃了这种换热性能远远占优的换热器形式，而是选择并大量应用了管壳式换热器。

　　当初人们之所以做出这种选择，原因很简单，只是出于强度考虑。板式类换热器的结构强度远远低于管壳类换热器，所以不能够应用于高压或大多的中压场合。板式类换热器的这个缺点是由其结构特点所决定的，所以在其自身范围内无法改变和突破，而它也就严重地制约了这种高换热性能换热器的应用和发展。形成了在最初的相当长的一段时期里，板式类换热器没有受到人们喜爱的局面，其技术进展自然也相当可怜。即便是在其有了长足发展和应用的今天，仍然是由于其结构强度低的原因——这个自身无法逾越的痼疾，它的应用领域也仍旧局限在一定范围内。

　　那么，既然是结构强度没有得到根本性的改变，近些年板式类换热器又是怎样被重视起来的呢？这种变化是与世界经济的发展环境，尤其是能源发展环境的变化息息相关的。世界能源的日益紧张与危机，使得“节能”与“高效”逐渐受到重视，加之“节能——减排——环保”的概念日益深入人心，各国政府和机构都逐年加大了这方面投入的人力和物力，同时也取得了许多可喜的成果。很显然，板式类换热器这种高效的换热方式，也就顺理成章地受到重视，并进行了再次开发，且在其强度范围所能允许的范围内大量应用遍地开花。其技术发展也达到了前所未有的时刻。制造规格越来越大，结构形式越来越多。并出现了不可拆的焊合一体式板式换热器，尽管不能方便地拆洗，强度却有所增加。

　　管壳类换热器由于始终受到普遍应用和重视，其理论研究的深度和设备改进的步伐都是板式类换热器所不能比拟的。在新的节能及环保浪潮中，其技术和发展速度又有所提高。许多新型高效换热器不短涌现，如折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、螺纹管换热器、螺纹锁紧环换热器、Ω环高压换热器、以及非金属换热器、稀有金属换热器等都是其代表杰作，这些新型高效换热器的出现已经并正在为飞速发展的经济和节约能源作出了不可估量的贡献。

　　纵观换热设备的发展及演变历史，不难看出，在板式类换热器广泛发展，管壳类换热器不再一国独大的今天，以下四个特点始终没有改变：

1.结构强度高的管壳类换热器仍居于主导地位。

2.管壳类换热器换热性能仍远低于板式类换热器。

3.板式类换热器的结构强度仍远低于管壳类换热器。

4.没有换热性能强同时结构强度高的理想型换热器。

		套管式列管换热器的主要结构由筒体、封头、管板及套管束等组成。 上下封头与筒体相连，筒体两端都固定内外两道管板，由套管束构成换热管束，套管束两端分别固定在上下管板上。管束中每组套管均由一根内管及一根外管组成，其中，套管中各外管两端固定在上内管板和下内管板上，套管中各内管两端固定在上外管板和下外管板上。

		这样的结构形成三个流体流动的空间： 一个是包括封头与外管板之间及管束中各内管内部的流动空间，称之为内流空间。一个是由筒体、内管板及管束中各外管外部三者之间的流动空间，称之为外流空间。一个是包括筒体、内管板、外管板三者之间及管束中各外管内部与各内管外部的环形流道在内的流动空间，称之为间流空间。这种结构的原理是： 内流空间与外流空间之和的体积及蓄容较大，间流空间体积及蓄容较小。在两相流体换热运行时，内流空间和外流空间同时通过同一种流体，即用作加热器时通过加热流体，用作冷却器时通过冷却液，作为环境流体形成准恒温的环境温度；间流空间则通过另一相被加热或被冷却的流体，作为目标流体形成迅速变温的速变流体。当目标流体进入换热器后，在内外管板之间的入口分配室内分别进入各环形流道中流动，流至出口分配室汇集后流出换热器。目标流体在流动中受流道限制呈圆环状前进，是一种类似厚壁管形状的流动状态。其内表面接受内管内部内流空间传来的热量，其外表面接受外管外部外流空间传来的热量。当内外管直径参数、套管在管板上的密布系数、环境流体流量及温度、换热器直径长度等数值选取合理时，就可以使目标流体达到非常理想的温度。

		环状流动遵从层状流动理论，其布层特征与普通圆管中柱状流动的层状分布特征有所不同：在普通圆管中，各层处在管心为轴的同心圆上，管心处流速最大，向外沿梯度各层流速逐渐降低，管壁处最低，是接近于流速为零的滞流层。在环形通道的环状流动中，各层仍处在管心为轴的同心圆上，环形通道二分之一厚度的圆形处流速最大，向内外两侧沿梯度各层流速逐渐降低，管壁处最低，是接近于流速为零的滞流层。同样传热特征为：各层处在管心为轴的同心圆上，环形通道二分之一厚度的圆形处温度及流速最高，向内外两侧沿梯度各层温度及速度逐渐降低，管壁处最低。所以环状流动的特点是：厚度小，各层温度梯度大，速度梯度较大，有较小的滞流层厚度，具有较高的传热速率，较高的传热系数。

		套管式列管换热器，与其它换热器相比，具有较好的综合性能：比普通列管类换热器换热能力强：（1）环状流动薄层换热，换热热阻低，传热系数高，传热性能好，节约能源。（2）环状流动薄层换热，传热速率高，可实现及冷急热，满足特殊要求。（3）环状流动薄层换热，传热温差小，可增加应用域，及回收低值余热等。另外与板式类换热器相比：结构坚固，承压能力高。具体而言，与板式换热器相比，即有相同点，又有不同点。相同之处在于：（1）都是薄层换热。（2）滞流层薄，传热系数大。不同之处在于：（1）板式换热器的二相流体之间，其体积及蓄容比较接近；升降温幅度接近，换热温差大。而套管式列管换热器中，间流空间的体积及蓄容远小于内外流空间，环境流体换热温差小，目标流体换热温差大，可实现急冷急热。（2）流体力学及热力学特点不同：板式换热中流体沿平板流动及传热，流速及温度均按平面梯度分布；套管式列管换热器中，目标流体按环状流动，流速及温度梯度则呈现新的不同的形式和规律。

		套管式列管换热器可应用于所有清洁流体的液-液、汽-液换热，比较适合：发电机冷却水的冷却；恒温速热洗浴水的加热； 发电厂发电机的润滑油冷却；锅炉蒸汽取样冷却器等高温蒸汽的冷却；  用作核电站一次换热器； 回收制糖结晶罐真空蒸汽热量； 作为真空冷凝器等等。总之，该产品性能优越，发展前景深远，必将为人类经济及节约能源发挥重要作用。