化工列管式换热设备

文章由山东擎雷环境科技股份有限公司提供

一、核心结构与传热原理

化工列管式换热设备是一种经典的间壁式换热器，其核心结构包括壳体、管板、换热管、封头（端盖）及折流挡板。

壳体：作为外部容器，容纳流体并提供支撑。

管束：由多根平行排列的换热管组成，是实现热量传递的主要部件。

管板：固定换热管两端的金属板，起到连接和密封作用。

封头：位于壳体两端，控制流体流向。

折流挡板：设置于壳程内，引导流体多次改变方向，增加湍流程度以提高传热效率。

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工作原理：

换热器内部分为热流体通道和冷流体通道。一种流体在管内流动（管程），另一种流体在管外（壳程）流动，两者通过管壁进行热量交换。管束中的大量换热管显著增加了换热面积，从而提高了换热效率。

二、主要类型及特点

根据结构设计的不同，化工列管式换热设备可分为以下类型：

固定管板式

特点：两端的管板与壳体固定连接，结构简单，制造成本低。

适用场景：适合温差较小、两侧介质不易结垢且不需要频繁清洗的场合。

缺点：当壳程和管程流体温差较大时，热应力可能导致设备损坏，需设置补偿圈或膨胀节。

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浮头式

特点：一端管板不与壳体相连，允许管束随温度变化自由伸缩，减小温差应力。

优点：便于清洗和维修，适用于温差大、压力高的工况。

缺点：结构复杂，成本较高，小浮头处可能存在内漏风险。

U型管式

特点：每根换热管呈U字形，两端固定在同一块管板上，允许管束自由伸缩。

优点：适用于高温高压条件，无小浮头泄漏问题。

缺点：管程清洗较为困难，要求使用不易结垢的介质。

填料函式

特点：通过填料函密封管束与壳体，允许管束有一定的位移。

缺点：应用不如前三

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者普遍，适用于特定化工流程和反应器。

三、应用领域

化工列管式换热设备凭借其坚固的结构和灵活的操作性，广泛应用于多个行业：

化工行业：用于反应器冷却、废热回收、蒸馏塔再沸器等。

石油行业：用于原油加热、油品冷却、气体冷凝等。

医药行业：用于药物合成、灭菌、浓缩等工艺。

食品行业：用于牛奶巴氏杀菌、果汁浓缩、啤酒发酵等。

电力行业：用于蒸汽冷凝、冷却水循环等。

四、设计特点与材料选择

材料选择：根据介质特性选择普通碳钢、紫铜或不锈钢。

折流挡板：常用圆缺形和圆盘形，增加湍流程度，提高传热效率。

温差补偿：采用膨胀节或补偿圈，减小热应力，避免管子扭弯或松脱。

五、经济效益与维护策略

经济效益

成本优化：模块化设计降低初始投资，紧凑结构节省空间。

能效提升：高效传热设计降低能耗，全生命周期成本节省。

维护策略

定期清洗：清洗管束以去除水垢和沉积物，保证传热效率。

检查密封件：定期更换密封件，防止泄漏。

振动监测：集成传

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感器实时监测管束振动，预防疲劳损伤。

六、市场预测与技术趋势

市场需求：全球趋势显示，市场规模预计2029年接近77亿元，年复合增长率5.3%。

中国市场：占比超40%，驱动因素包括碳中和目标与工业余热回收需求。

技术前沿：

材料升级：研发耐腐蚀合金、陶瓷涂层，提升设备寿命。

结构创新：优化管束排列方式，提高安装效率。

智能化控制：集成传感器与AI算法，实现远程监控与智能调节。

七、结论

化工列管式换热设备以其高效传热、结构紧凑、维护方便等优势，在化工、石油、电力、制药等领域展现出广阔的应用前景。通过材料升级、结构改进和智能技术融合，其传热效率、耐用性和经济性得到全面提升。未来，随着绿色制造和智能制造的推进，化工列管式换热设备将在工业升级与能源转型中发挥更大作用，成为热交换领域的核心设备。