文 献 综 述

1.1前言

换热器是一种实现物料之间热量传递的设备，它是化工、炼油、动力、食品、轻工、 原子能、制药及机械等行业所广泛使用的一种通用设备^[1]。换热设备在现代装置中约占设备总重的30%左右，其中管壳式换热器占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备^[2]。管壳式换热器的突出优点是单位体积具有的传热面积大，结构紧凑、坚固、传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大^[3]。由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注，从节能、节材和节约资金角度来说，如何选用高效换热器已不可避免地成为每个工程设计人员面临的问题。目前，节能减排已成为我国”十二五”期间重要战略的举措，高效节能换热器的研究也成为当今地下换热领域研究的热点^[4]。

1.2 管壳式换热器简介

管壳式换热器又称为列管式换热器，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，一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成^[5]。管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。近年来。尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促成了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占有主导地位。根据其结构可以分为五类：固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、填料函式换热器和釜式重沸器^[6]。换热器的结构类型繁多，但按其传热特征可分为3类：混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器^[7]。

1.3 浮头式换热器

浮头式换热器的管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故称为浮头式换热器^[8]。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易地插入或抽出壳体，这样为检修、清洗提供了方便。但该种换热器结构比较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄漏情况，因此在安装时要特别注意其密封^[9]。单管程浮头式换热器，在管程为高压、高温、温差较大、介质易燃和易爆等工况不能使用填料函的情况下，通过在管程出口设置波纹管膨胀节的结构，可解决传统单管程浮头式换热器的很多缺陷，既具有浮头式换热器的优点，又克服了填料函式换热器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修和清洗，实际运行效果良好^[10]。

1.4浮头式换热器的腐蚀泄露与故障分析

浮头式换热器在使用过程中，会出现各种故障，如管箱内泄漏、管束及其连接处泄漏、法兰泄漏、腐蚀泄漏、堵塞等。其中浮头式换热器的腐蚀泄漏是主要的故障问题，这是由于，第一：浮头式换热器一般用于管壳壁间温差较大的场合，导致管程内外的压力和温差应力较大，使管板承受较大的轴向载荷，产生弯曲变形，造成介质泄露；第二，,由于浮头式换热器清洗方便 ,所以用于易于腐蚀和易于结垢的场合 ,因此介质的腐蚀、冲刷 ,使壳程管壁出现腐蚀坑 ,增加泄漏 ,降低设备寿命。第三 ,由于浮头式换热器结构较复杂 ,而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况 ,所以在安装时要特别注意密封。第四 ,由于这类换热器结构复杂、笨重、材料耗量最大。加工制造时如再遇上材料选择与工艺要求不符 ,加工制造中的焊接缺陷等 ,这些均会使得设备密封性能降低 ,加速腐蚀泄漏。第五 ,操作过猛过快等不稳定操作 ,补充介质不及时等都会加剧管束振动 ,导致泄漏。建国以来化工系统所发生的重大泄漏事故案例，大部分是由于密封失效、密封件设计或安装不合理造成的^[11]。一般用细长管做喷头对换热器管束内表面进行喷砂处理、高科技防腐涂料的配制过程、对管束进行灌装涂漆的防腐工艺^[12]。发现当工作介质的热交换器是流体摩擦所发挥的作用不能充分考虑单液优化算法^[13]。

1.5国内外的新型换热器发展