管式換熱器的作用有哪些

來源：hukugyo-sedori-hiromi.com 發(fā)布日期： 2025年06月24日

管式換熱器是一種通過管束壁面實現(xiàn)冷熱流體熱量傳遞的設備，廣泛應用于化工、石油、電力、食品等工業(yè)領域。其核心作用是利用管內(nèi)、外流體的溫度差，將高溫流體的熱量傳遞給低溫流體，以滿足工藝過程中的加熱、冷卻、冷凝或蒸發(fā)等需求。以下從具體功能、應用場景及技術優(yōu)勢等方面詳細說明：
一、核心作用與功能分類
1. 加熱與升溫
功能：將低溫流體通過管束外側或內(nèi)側的高溫介質(zhì)（如蒸汽、導熱油）加熱，使其達到工藝所需溫度。
應用場景：
化工反應前預熱原料（如合成氨裝置中用合成氣加熱原料氣）；
原油輸送前加熱以降低黏度（如輸油管道的加熱爐配套管式換熱器）。
2. 冷卻與降溫
功能：用冷卻水、空氣等低溫介質(zhì)帶走高溫流體的熱量，使其溫度降低至目標值。
應用場景：
壓縮機出口氣體冷卻（如空分裝置中壓縮空氣的降溫）；
化工產(chǎn)品生產(chǎn)后冷卻（如聚乙烯顆粒生產(chǎn)中的熔融物料冷卻）。
3. 冷凝與液化
功能：將高溫氣態(tài)介質(zhì)（如蒸汽、有機蒸氣）通過低溫流體冷卻，使其凝結為液態(tài)。
應用場景：
蒸餾塔塔頂蒸氣冷凝（如乙醇精餾過程中塔頂乙醇蒸氣的冷凝回收）；
制冷系統(tǒng)中制冷劑氣體的冷凝（如空調(diào)冷凝器）。
4. 蒸發(fā)與汽化
功能：利用高溫流體加熱液態(tài)介質(zhì)，使其蒸發(fā)為氣態(tài)（如產(chǎn)生蒸汽或汽化制冷劑）。
應用場景：
鍋爐中的水蒸發(fā)成蒸汽（管式換熱器作為鍋爐受熱面）；
液化天然氣（LNG）氣化站中 LNG 通過海水或空氣加熱汽化。
二、典型應用領域與場景
1. 化工與石油工業(yè)
煉油廠常減壓裝置：
用管式換熱器將原油與高溫餾分油換熱，回收熱量并預熱原油，降低加熱爐負荷（換熱效率可達 70%-80%）。
合成氨生產(chǎn)：
在變換工序中，用管式換熱器將高溫變換氣與原料氣換熱，使原料氣升溫至反應溫度（約 300-400℃），同時冷卻變換氣。
2. 電力行業(yè)
汽輪機凝汽器：
作為管式換熱器的一種，用循環(huán)水冷卻汽輪機排汽，使其凝結為水并回收至鍋爐（換熱面積可達數(shù)千平方米）。
余熱回收系統(tǒng)：
利用煙氣或高溫蒸汽通過管式換熱器加熱給水，提高電廠熱效率（如燃氣 - 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組中的余熱鍋爐）。
3. 制冷與空調(diào)
水冷式冷水機組：
冷凝器采用殼管式換熱器，用冷卻水帶走制冷劑（如 R410A）的熱量，使其冷凝為液態(tài)；蒸發(fā)器則通過制冷劑汽化吸熱冷卻冷凍水。
冷庫系統(tǒng)：
管式蒸發(fā)器（如排管式換熱器）安裝在冷庫內(nèi)，制冷劑流過時吸收熱量，使庫內(nèi)溫度降低至 - 18℃以下。
4. 食品與醫(yī)藥
食品殺菌與冷卻：
牛奶巴氏殺菌設備中，用管式換熱器通過熱水加熱牛奶至 72℃保持 15 秒，再用冷水冷卻至常溫（熱回收率達 90% 以上）。
醫(yī)藥溶劑回收：
在藥物合成過程中，用管式換熱器冷凝回收有機溶劑（如乙醇、丙酮），減少浪費并降低環(huán)保處理成本。
三、技術優(yōu)勢與結構特點
1. 高效傳熱機制
結構設計：
管束排列方式（如正三角形、正方形）和折流板設計（如弓形折流板）可增強流體湍流程度，減少邊界層熱阻，傳熱系數(shù)可達 200-1500 W/(m2?K)（視介質(zhì)和流速而定）。
可擴展性：
通過增加管束數(shù)量或殼體直徑，可靈活調(diào)整換熱面積（從幾平方米到上萬平方米），適應大規(guī)模工業(yè)需求。
2. 適應復雜工況
耐高壓與高溫：
管殼式換熱器（最常見的管式換熱器類型）的殼體和管束可選用不銹鋼、鈦合金等材料，承受壓力可達 10MPa 以上，溫度范圍 - 200℃至 800℃（如高壓加氫裝置中的換熱器）。
抗腐蝕與結垢：
針對腐蝕性介質(zhì)（如硫酸、海水），可采用石墨管、陶瓷管或涂層管（如特氟龍涂層），延長設備壽命。
3. 操作與維護便利
可拆卸結構：
浮頭式、U 形管式換熱器的管束可整體抽出，便于清洗管內(nèi)、外表面的結垢（如每年用高壓水清洗一次）。
流程靈活設計：
可通過并聯(lián)或串聯(lián)多臺換熱器，實現(xiàn)多股流體同時換熱（如原油預處理中的多股換熱網(wǎng)絡）。

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