文 献 综 述

一、 课题研究背景

《”十二五”节能减排综合性工作方案》提出，到2015 年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869 吨标准煤，节约能源6.7 亿吨标准煤^[1]。换热器是化工、能源等工业中应用相当广泛的设备之一。数据显示, 在现代化学工业中换热器的投资大约占设备总投资的30% , 在炼油厂中占全部工艺设备的40% , 海水淡化装置几乎全部是由换热器组成的^[2]。在换热设备中,管壳式换热器应用最广泛, 作为传统的标准换热器. 无论是国内还是国外都占有主导地位^[3]。管壳式换热器具有单位体积内能够提供较大的传热面积、传热效果好、适应性强、易制造、成本低、易于检修和清洗等优点^[4]。但是，80% 以上的管壳式换热器仍采用光管结构,而这种结构会导致换热效果差, 这与我国推行的节能减排政策相互排斥。因此提高换热器的效率对石油、化工行业效益的提高非常重要^[5-7]。

二、管壳式换热器的工作原理

管壳式换热器结构由壳体、管束、管板、折流板和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热系数，通常在壳体内安装折流板。折流板可迫使流体按规定路径多次横向通过管束，增强流体的扰动程度。换热管束在管板上按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体扰动程度高，传热系数大；正方形排列管外清洗方便，适用于易结垢的流体。

三、管壳式换热器的分类

3.1、固定管板式换热器

固定管板式换热器是用焊接方法把管束和管板固定连接到圆筒壳体的两端, 使两端管板与壳体连成一体。这种换热器的特点是结构简单、成本低，适用于温差范围小、壳程压力不高的场合。缺点是管束外侧的清洗比较困难, 因而多用于壳程流体不易结垢的场合。

3.2、U 形管式换热器

U形管式换热器的管束是由U 字形弯管组成的。管子的两端固定在同一块管板上,管子可自由膨胀,管程至少为两程。弯曲端不固定,使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子或壳体的影响。管束可取出,所以外侧清洗方便。缺点是U 型管束的更换及管内清洗困难,并且管板的有效利用率较低。