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1.3.2 列管式换热器的强化传热技术
上个世纪70年代初发生的世界性能源危机，有力地促进了换热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备[15]。而强化换热元件的研究是新型高效换热设备设计制造的基础。因此，二十余年来，强化传热技术和换热器的开发与研究始终是人们关注的课题[16]。当今换热器的发展以计算流体力学、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发形成了一个高技术体系[17]。
换热器的强化传热就是力求使换热器在单位时间内，单位传热面积传递的热量达到最多。应用强化传热技术的目的是： 提高现有换热器的换热能力； 减小设计传热面积，以减小换热器的体积和质量； 减小换热器的阻力，以减小换热器的动力消耗； 使换热器能在较低温差下工作。由传热过程分析可知，单位时间内传热量如下式所示：
可见，增大传热面积A 、传热系数K 和平均温差 都可以增大传热量 。强化传热主要有3 种途径： 提高传热系数，增大传热温差和扩大传热面积。
（1）合理优化结构，如采用合适的内外导流筒，增大有效传热面积。（2）增大传热的扩展表面，如在管内外增加肋片或翅片，提高单位容积内设备的换热面积来增强换热。（3）将管壳式换热器串联增大换热面积。2传热平均温差的大小主要由冷热两种流体的温度所决定，当两边流体均为变温的情况下，应当尽可能考虑从结构上采用逆流和接近逆流的流向以得到较大的 值。3传热过程中，各热阻与总传热系数关系如下
要增大总传热系数，就要设法减小对K值影响较大的项。如果污垢热阻较大时，则应主要考虑如何防止或延缓垢层的形成或使污垢层清洗方便当hi 和ho 差别不大时，最好能同时提高两流体的对流换热系数； 而当两者差别较大时，要设法增大换热系数较小的一项。
1.3.3 不同结构列管式换热器的比较
根据不同的结构，管壳式换热器可分为：管板式、浮头式、U形管式及釜式重沸器等几类。不同的结构形式有着各自不同的特点，发挥的作用也不尽相同。在进行管壳式换热器设计时，需考虑的影响因素很多，如供热条件、介质结垢、压力、检修和清洗条件等，根据以上因素确定所需要的合适的结构形式。同时，对材料价格和制造成本的考虑也是一项重要的影响因素。在设计管壳式换热器时，最优化的目标是在不影响工艺要求的基础上，使换热器能够在使用范围内实行最经济的运行，实现经济效益和社会效益的最大化。如固定的管板式换热器，结构简单，设计造价低，每根换热管都能单独拆装，方便清洗和更换，与其它方式的换热器相比，在同等尺寸的条件下，其换热面积更大。然而，由于管板式换热器的壳程在发生膨胀时适应能力较差，决定了管板式换热器只能适用于对壳程要求不高和换热介质温差不大的情况。在诸多列管式换热器中，固定管板式，U型管式和浮头式，这3种换热器综合对比见表3.1，表中紧凑性是换热器总传热面积与其体积的比值，该值越大占地面积越小。经济性是指单位传热面积的金属耗量，该值越小造价越低。价格比指相同工况和材料下的相对价格比。并以固定管板作为基数。表中换热器采用公称压力2.5MPa，6000 mm管长作对比。
表1.1 3种换热器综合性能对比
换热器类型 紧凑性/
经济性/
价格比
DN DN DN DN DN DN
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