列管式过热器在运行的过程中因为各种原因在各传热表面会形成结垢或积污，甚至堵塞，使过热器各传热面的传热系数或传热面积减小，从而降低了过热器的传热能力。因此列管式过热器污垢的形成原因和清除污垢的问题急需解决^[3]。降低列管式过热器在原工艺系统中的阻力，并提高其换热效率，成为研究的重点之一^[4]。列管式过热器在强化传热上也是现在研究的主要课题^[5]。由于应力作用及腐蚀等问题而引起列管式过热器失效，换热管与管板连接接头失效，造成泄漏；隔板与列管接触处列管出现泄漏现象造成非计划停车，严重影响了生产^[6]。

2 列管式蒸汽过热器的研究概况

2.1列管式蒸汽过热器的概述

列管式过热器又称管壳式过热器，主要由壳体、管束、管板、管箱、封头等部件组成，如图所示。管束两端固定在管板上，管板连同管束都固定在壳体上，封头、壳体上装有流体的进出口接管。热交换时，一种流体在管束及与其相通管箱内流动，其所经过的路程称为管程；另一种流体在管束与壳体之间的间隙中流动，其所经过路程，称为壳程。为了提高壳程流体的流速，可在壳体内装设一定数目与管束相垂直的折流挡板，这样即提高壳程流体的流速，同时又迫使壳程流体遵循规定的路径流过，多次地错流流过管束，有利于提高传热效果。列管式过热器操作时，由于管束和壳体的温度不同，两者所用材料有时也不相同，导致两者热膨胀不同。若两者的温度差较大（50℃以上）时，就可能会引起设备变形、扭弯或破裂。为此，考虑热膨胀的影响，应该采用各种补偿结构^[7]。

图1 列管换热器的结构示意图

2.2 列管式过热器，根据补偿程度的不同，有以下几种结构型式概述

（1） 固定管板式过热器

管束两端的管板和壳体固定连接，仅用于管束和壳体温差不大的情况。对于温度差稍大而壳体受压不太高时,可在壳体上加上热补偿结构#8212;#8212;膨胀节。它的优点是结构简单，紧凑，造价便宜。缺点是管外不能进行机械清洗，因此，壳体流体须用不易生污垢的清洁流体^[8]。

（2） 浮头式过热器

管束的一端管板与壳体连接，另一端管板与壳体不连，受热或受冷时，可以沿管长方向自由伸缩，称为浮头。浮头有内浮头或外浮头，其结构复杂，金属材料多，制造成本高，但整个管束可以从壳体内拆卸出来，便于检修和清洗。它适用于管壁和壳壁温差大，管束空间经常清洗的场合^[9]。

（3） U形管式过热器

每根管子都弯成U 形，进、出口分别安装在同一管板的两侧，再将该侧管箱用隔板分成两室，由于只有一块管板，管子在受热或冷却时，可以自由伸缩。其结构简单，能耐高温，耐高压，但管束不易清洗，拆换管子也不容易。因此要求通过管内的流体是洁净的。这种过热器壳用于温差变化很大，高温或高压的场合^[10]。

（4） 填料函式过热器

它有两种形式，一种是在管板上的每根管子的端部都有单独的填料函密封，以保证管子的自由伸缩。当过热器的管子数目很少时，才采用这种结构，但管距比一般过热器要大，结构复杂^[11]。另一种形式是在列管的一端与外壳作成浮动结构，在浮动处采用整体填料密封，结构较简单，但此种结构不宜用在直径大，压力高的情况。我国已经制定了列管式过热器系列化标准，标准中规定了列管式过热器的主要参数有公称换热面积、公称直径、公称压力、换热管长度、管子外径、管子间距和排列，可供工程设计时采用^[12]。

3 列管式蒸汽过热器的特点

列管式过热器在化工生产中应用最广泛, 主要由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。其优点是单位体积设备所提供的传热面积大, 传热效果好,结构简单, 操作弹性大, 可用多种材料制造。在高温、高压下尤其适用,是工业生产中使用最广泛的间壁式过热器。具有结构坚固、材料范围广、制造容易、处理能力大、适应性强、操作弹性大等优点^[13]。

4 列管式蒸汽过热器设计

4.1 主要参数

热流体入口温度、热流体出口温度、冷流体入口温度、冷流体出口温度、需要换热器供给的热量。

4.2 设计步骤

（1）根据热平衡方程求出两流体的流量

热平衡方程式是反映换热器内冷流体的吸热量与热流体的放热量之间的关系式。 由于换热器的热散失系数通常接近1，计算时不计算散热损失，则冷流体吸收热量与热流体放出热量相等，热平衡方程式中的热量Q 是烘干机干燥粮食所需要的热量，换热器换出的热量必须等于该热量^[14]。