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文献综述

前言

用于在两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间，固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同一种流体间的热量（或焓）传递的装置称为换热设备[1]。换热器是化工、石油、动力、钢铁、食品、发电及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要的地位。尤其是化工生产中，换热器关系到生产的正常运行和操作费用。

在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程的需要。由于用途、工作条件和物料性质的不同，出现了各种不同形式和结构的换热设备，包括了直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器（表面式换热器）和中间载热体式换热器[2]。由于换热器形式多样，所以在设计换热器时必须先根据温度、压力、温度差、压力降、结构情况、材料、流体状态、应用方式、检修和清理等实际情况，初步选定符合条件的换热器形式，再确定换热器的几何尺寸，在满足安全性和热负荷的基础上，通过技术经济对比，确定最佳换热器形式[3]。换热器是回收热能的重要设备之一，随着节能的不断深入，对换热器也产生了一些新的认识：换热器的在工艺过程中的地位进一步提高了；经济性日益成为换热器性能及其使用条件选择合理性的重要判据 [4,5]。近20年来，换热设备在能量存储、转化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了广泛的应用，从而加高了工业生产的经济效益。

管壳式换热器

管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型[6]。

管壳式换热器的基本结构如下：在圆筒形壳体中放置了由许多管子组成的管束，管子的两端（或一端）固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力[7，8]。管壳式换热器的形式大致分为固定管板式、釜式浮头式及U形管式等几种。最常见的是固定管板式。换热器主要由管箱、筒体、管板、列管、折流板、拉杆、定距管以及其他附属零部件组成[9]。

① 固定管板式换热器 管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑，能承受较高的压力,造价低，管程清洗方便，但只适用于冷热流体温度差不大。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

② 浮头式换热器 管束一端的管板与壳体固定，另一端可自由浮动，称为浮头，完全消除了热应力。其特点是整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修，但结构比较复杂，造价较高。

③ U型管换热器 只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，价格便宜，承压能力强，但管程不易清洗。