换热器是实现冷热介质热量交换的关键设备，在流程工业领域换热器的应用非常广泛。如何选择更高效、节能的换热器，如何延长换热器的使用寿命是用户和换热器生产企业共同关注的话题。本期“换热与温控”技术论坛针对换热器产品的选型、节能、技术发展趋势以及延长产品使用寿命等话题展开讨论，邀请到了斯必克（上海）流体技术有限公司板式换热器产品应用经理吴晓博士，伐德鲁斯换热设备（张家港）有限公司副总经理Matti Kontu先生，山东鸿基换热技术有限公司暖通工程师郭帅和孟坤共同参与。

如何做到换热器产品的正确选型？

吴晓：首先是满足工艺要求，包括热负荷、温差、阻力降等要求；其次，根据介质流体的腐蚀特性选择合适的板片、垫片材质和换热器形式；第三，根据介质特性优化换热器的结构和流程设计；第四，从结构上考虑设备长期可靠的使用。所有这些设计选型的基本理论都是基于传热学、流体力学、材料腐蚀学等学科综合而成，在理论计算和计算机数值模拟和数字化设计的基础上，以大量的实验室实验和现场使用数据修正设计选型的数学模型并更新至产品选型软件数据库，才能得到最佳的换热器设计选型。SPX APV产品选型通过功能强大的Win-quote选型软件和新一代产品选型系统ASK来完成。

Matti Kontu：不同的工业领域中，换热器的选型需要综合考虑各方面因素。首先，客户现场的使用工况需要仔细研究，如介质物性（密度，比热，导热系数，黏度等），流量，进出口温度，操作压力等。其次，客户对换热器的技术要求要充分考虑，例如压降，结垢系数，换热量，要求余量，材质，设计规范，是否需要拆卸清洗及换热器的操作空间等特殊要求。了解这些参数后，工程师会通过换热器的选型软件进行选型分析。根据不同工况及介质特性，可选用逆流，顺流或错流的换热方式，提供宽流道或窄流道的换热板片，碳钢或不锈钢等不同材质的换热器解决方案。

图1 山东鸿基换热技术有限公司secespol换热器

郭帅&孟坤：换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有：1）热负荷及流量大小；2）流体的性质；3）温度、压力及允许压降的范围；4）对清洗、维修的要求；5）设备结构、材料、尺寸、重量；6）价格、使用安全性和寿命。在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、制造条件、密封性、安全性等方面加以考虑。

高效换热器是指换热效率比普通换热器要高的换热设备，它的特点是热强度高，尤其在低温差，低Re数时，更具优越性，可实现小设备大生产的目的。高效换热器主要强化传热途径：（1）改变流体的传热机理或流态；（2）通过扩展表面，增加传热表面积；（3）减轻结垢程度，减少死区。这里推荐一款我公司的secespol换热器，该产品为欧洲原装进口新型管壳式换热器，内部管程采用独特反向双螺旋缠绕结构，在有限的壳程空间里增加了传热面积，而换热管束则采用不锈钢波纹管，能够加剧壳程内介质的湍流状态，介质进出口管道采用100°连接，该设计能够最大限度的消除换热死区。

图2 “SPX APV产品选型通过功能强大的Win-quote选型软件和新一代产品选型系统ASK来完成。”
——吴晓博士，斯必克（上海）流体技术有限公司板式换热器产品应用经理

哪些因素会影响到换热器的使用寿命？

吴晓：介质的腐蚀性，如酸、碱、氯离子等对金属的腐蚀，强氧化剂、有机溶剂对橡胶密封垫的腐蚀，此外冲刷磨蚀、应力腐蚀、氢腐蚀等特殊腐蚀在特定介质、特定工况下也有可能产生，腐蚀是影响换热器寿命的主要因素之一。设备的温度压力条件，高温、高压、超低温等苛刻工况对换热器的寿命也有明显影响，特别是密封件。不稳定的运行工况，例如流量波动、温度波动、交变负荷、冲击负荷等，可能会导致设备局部应力、温差应力过大而导致设备疲劳破坏及局部破坏。

Matti Kontu：通常，换热器的使用寿命受到以下因素影响:

第一， 材质是否适用运行介质。许多介质在不同温度下对不同材质会有不同腐蚀度。介质对材质的腐蚀引起的换热器渗漏是很常见的一个问题。所以在换热器选型是要充分考虑材质的适用性。

第二， 现场的控制系统是否合理和有效。换热器作为“静”设备是工艺系统的一部分。泵、阀、过滤器等系统设备的稳定性对换热器的运行稳定性也起到关键作用。

第三， 安装和使用方法是否正确。在换热器的安装试车过程中需注意保护换热器不受现场管道焊接的焊渣损坏或开车时蒸汽侧水锤冲击。机械清洗和化学清洗需遵循保养手册。

第四， 现场生产工艺的条件苛刻度。有些工艺的工况非常恶劣:批次操作使换热器承受较大的压力冲击，换热介质温差大使换热器承受较大的热冲击等都影响换热器的使用寿命。

图3 “高效换热器是指换热效率比普通换热器要高的换热设备，它的特点是热强度高，尤其在低温差，低Re数时，更具优越性。”
——郭帅先生，山东鸿基换热技术有限公司暖通工程师

郭帅&孟坤：换热器的使用寿命受到多方面因素的影响，如何减小这些不利因素的影响，可以减少设备后期清洗维护的后期投入。影响使用寿命的因素包括：

1．介质的化学性质。如果介质具有腐蚀性，可能导致设备的腐蚀。如果介质是水，水质的洁净度也会影响换热器的使用寿命。

2．流速。一般来说介质流体流速在允许压降范围内应尽量选高一些，以便获得较大的换热系数和较小污垢沉积，但流速过大会造成腐蚀并发生管子振动，而流速过小则管内易结垢，这样都会影响换热器的使用寿命。

我公司的Secespol（西斯普）换热器管束材质选用不锈钢316L，具有耐高温、耐高压、耐腐蚀等优点，适用于多种工况。反向螺旋螺纹弹性换热管束能够有效地消除管道抖振、热应力实现应力自消除，延长换热器的使用寿命，该换热器严格按照美国ASME标准设计，设计寿命高于其他换热产品。

图4 APV Hybrid全焊接板式换热器

换热器产品在节能方面有怎样的作用？

吴晓：非常大的作用。现代先进的高效换热器能够以非常小的温差实现大负荷的传热过程，这就意味着可以极大地回收工艺过程中的热能。以石化行业中的一个典型应用——贫富液换热为例，贫液在进入吸收塔前需要降温冷却，从100~120℃降到40~60℃，富液在进入解析塔前需要升温，从50~60℃升高到90~100℃，贫富液换热器就是将高温贫液的热量尽可能多地传递给低温富液，采用传统的管壳式换热器，由于其传热能力限制，只能实现部分的热量传递，导致贫液还需要大量循环冷却水再次降温冷却，富液需要大量蒸汽后续加热以保证进入解析塔的富液温度需求。采用先进高效的Hybrid全焊接板式换热器后，由于传热能力的大幅度提高，经过贫富液换热后，贫液只需原来一半不到的冷却水进行后冷，富液也只需传统工艺一半左右的蒸汽继续加热。仅此一项，达到了同时节约大量水资源和能源的目的。

Matti Kontu：伐德鲁斯是全焊接板壳式换热技术的发明者和技术引领者。圆型的波纹板片通过先进的焊接工艺有效整合，形成高效湍流流道，再结合耐高压的壳体，让换热器在高温高压的条件下仍能实现高效换热，这是传统型换热器力所不及的。如今，节能是企业生产中尤为关注的问题。伐德鲁斯板壳式换热器被广泛应用于热回收领域，如烟气回收装置、闪蒸汽热回收装置、热泵装置、贫富液换热器、经济器及废热发电的ORC朗肯循环装置等。伐德鲁斯已研发出多种产品系列为客户提供节能解决方案，高效换热、耐高压以及结构紧凑的优点使得伐德鲁斯换热器成为工业节能的首选。

图5 伐德鲁斯Vahterus PSHE板壳式换热器

换热器产品的技术发展趋势是什么？

吴晓：从传热的角度，一是提高传热效率，二是在更小的传热温差下实现经济的传热需求，三是降低换热器的能耗（主要是阻力降）；所有这些都是基于现代数值传热学、数值流体力学和大量的实验数据积累。从结构和机械性能的角度，一是降低材料消耗，以更好的结构形式替代厚度因素来保证强度和刚度；二是优化流体力学性能，提高换热器的运行效率；三是提高设备的可靠性和适用范围；从制造的角度，一是标准化、系列化，提高生产效率，降低成本；二是优化制造工艺，提高自动化生产水平，以先进制造技术如微等离子焊接、激光焊、机器人自动焊、柔性制造生产线、数控加工中心等来保证高效率、高可靠性产品制造。

Matti Kontu：随着工业规模的不断扩大，人们的环保和节能意识也在日益增强。换热器技术的发展也必将响应这些大趋势。如何更有效地利用现有空间和资源，提高工业效益，改善工业卫生是企业所共同关心的课题。市场对紧凑高效，结构坚固，安全可靠的换热设备的需求会大大增加。对于全焊接板壳式换热器而言，未来是充满希望的。

郭帅&孟坤：换热器在国民经济和化工生产领域中对产品质量、能量利用率以及系统经济性、可靠性起着举足轻重的作用。因此开发新型高效和结构紧凑的换热器是目前换热器研究的一个重要方向。通过强化传热元件和改进换热器结构为主的强化传热显著改善换热器传热性能。根据传热物流条件的不同情况，壳程传热强化的研究必然与强化传热管的优化组合相联系，这是今后换热器强化传热技术发展的方向。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。目前，世界各国在换热器理论研究、新技术和新产品开发方面已经进人高层次的探索阶段,涉及领域很广。换热器的新技术得到了实用化,并进一步扩大其适用范围，具有高效、低耗、性能优越的新型换热器将推广应用，我国应借鉴国外先进换热器技术，努力赶上国际先进水平。

“市场对紧凑高效，结构坚固，安全可靠的换热设备的需求会大大增加。”
——Matti Kontu先生，伐德鲁斯换热设备（张家港）有限公司副总经理