一种高效壳程强化传热换热器及其工程应用蔡业彬!，"，胡智华!（!#茂名学院，广东茂名$%"%&&&；"#华南理工大学，广东广州$%!&’(&）$$摘$要：介绍了换热器壳程强化传热的研究现状；分析了弓形折流板换热器传热效率差的原因；阐述了螺旋折流板换热器壳程强化传热的原理；对螺旋折流板换热器与弓形折流板换热器的技术性能进行了对比和经济效益分析；列举了螺旋折流板换热器的工程应用实例，并指出，螺旋折流板换热器的出现使换热设备大型化成为可能。关键词：管壳式换热器；壳程强化传热；螺旋折流板；弓形折流板；工程应用中图分类号：)*+’%$文献标识码：,$文章编号：!&&’-..&%（"&&’）&!-&&!.-&%$$在动力、化工、炼油、制冷等工业中，换热器不仅是不可缺少的工艺设备，而且在金属消耗和投资方面也占有较大的比重。在换热设备中，管壳式换热器占%&/01&/。我国现行服役的换热设备大多采用"&世纪%&年代国外早期的设计结构，换热效率较低、阻力降大、易结垢，停工检修频繁。几十年来，虽做了不少的改进，但基本上保持原设计思想，尤其是壳程流动方式几乎没有太大的进展，仍沿袭传统的垂直弓形板横向流，使得换热设备的传热系数!值一直停滞在较低的状态。管壳式换热器强化传热方式主要有二种：一是主动式强化传热，这是以消耗外部能量为代价的，如采用电场、磁场、光照射、搅拌、喷射冲击、流体振动、机械表面振动等手段，目前国外已将主动式强化传热的研究工作列为重点；二是被动式强化传热。由传热速率方程"2!#!$3可知，强化传热可以从提高传热系数!、扩大传热面积#和增大传热温差!$3三种途径来实现。但是增大传热面积#与提高平均温差!$3明显地受到生产工艺、设备条件、环境条件以及经济性等方面的限制。因此，提高传热系数!（主要提高较小的对流传热系数!!）及提高传热速率"（减少污垢热阻），是研究强化传热的重点，以改善管程、壳程流体自身流动状态来实现强化传热居多。首先在换热设备两个传热界面之一的管程，其强化传热实验比较容易实现，因而，对其理论研究和应用研究也进行得较为彻底和完善，采用了螺纹管、异形管、内插物等强化传热新技术，使管程传热有了较大的突破。但从间壁传热原理上讲，控制一台换热设备热效率的是传热能力相对较差一侧的传热能力，而这一侧往往是壳程。对于强化壳程传热的研究较管程进展缓慢得多，主要是研究费用较大，且难于实现所致，但也做了大量的工作。!"壳程强化传热研究发展状况对于壳程的强化传热来说，由于其影响因素比较多，所以有关的研究开展还不是很多。目前主要在管型和支撑结构上有一些进展。对管型的研究与强化管程传热比较类似，是以改变管子的形状结构，使管外的传热得到强化；但是这类管同时还要考虑支撑的影响，所以这种管子和强化管内传热的管既有联系又有区别。低肋管［!，"］（又称螺纹管）主要是靠管外肋化来扩大传热面积，一般适用于强化管外的传热；在管外有相变的情况下，也有较好的强化传热效果。螺旋扁管［4，(］是由圆管轧制的具有一定导程的强化传热管，管子在壳体内紧密排列，壳程流体受离心力的作用周期性改变流速和流动方向，从而强化了传热。$$传统管壳式换热器管束的支撑结构一般都是收稿日期："&&%-&.-&!。作者简介：蔡业彬（!+’.5），男，!++4年1月毕业于湘谭大学流变学专业，工学硕士。任茂名学院机电工程学院副教授，现在华南理工大学贡读博士学位。静设备$$石油化工设备技术，"&&’，"1（!）·!.·6789:-;<73=>?@*AB=C37D8)7>
