大型管殼式換熱器、纏繞管式換熱器、板殼式換熱器在我國許多工業領域的應用日益增大。介紹與大乙烯、大煉油、大型煤化工等成套裝置相適應的大型管殼式換熱器、纏繞管式換熱器、板殼式換熱器的技術難點。大型管殼式換熱器傳熱流動特性與結構設計的協同性研究、超長換熱管材料的技術要求、大型管板的設計與制造技術等方面在十一五期間都取得了顯著的進展。大型多股流纏繞管式換熱器、低焊接殘余應力鎳基合金對接焊接接頭的高壓纏繞管式換熱器、組合結構的低溫甲醇洗裝置原料氣冷卻器等大型纏繞管式換熱器產品的研制相繼取得成功。兼顧流體分布與傳熱性能的換熱板片、整板分次步進模壓成型工藝、氬弧焊/電阻焊焊接工藝、新型進料噴霧分布器等關鍵技術為超大型板殼式換熱器的國產化提供了保證。本文還列舉了大型換熱器具有代表性的典型產品。我國已能生產換熱面積超過10000 m²的管殼式換熱器、換熱面積超過 7 000m²的纏繞管式換熱器，換熱面積超過 10 000 m²的板殼式換熱器，并在煤化工和石油化工裝置上得到成功應用。從混合介質的實際相變機理研究、高效傳熱元件的采用和可靠性研究等方面指出了大型換熱器在國產化進程中存在的不足之處和發展方向。 

一、  前言

隨著我國可持續發展戰略的實施，國家對單位GDP 的能耗控制指標不斷細化。作為重要過程設備的換熱器在石油、化工、冶金、核電、建材等行業的熱量回收和綜合利用中發揮著越來越大的作用。

“十一五”以來，我國在大型煉油、大型煤化工、大乙烯等項目的建設中投資力度加大，規模也越來越大。和大型化的成套裝置相適應，誕生了許多大型的換熱設備。為了全面提高換熱設備的傳熱能力，我國在換熱設備的選型和研究上做了許多卓有成效的工作，主要包括三個方面的內容：研究和采用包括高通量換熱管在內的各種強化傳熱元件技術；對大型管殼式換熱器進行攻關；在高效傳熱結構的基礎上研究大型纏繞管式換熱器和大型板殼式換熱器。除此以外，我國在大型板式換熱器的國產化中也取得了一定的進展。 

目前大型板式換熱器主要應用于核電和海洋工程，這些領域采用國產化板式換熱器的數量有限；同時由于受到使用環境的影響，某些強化傳熱的方法受到限制或者應用效果并不顯著。我國換熱設備的研究主要著眼于高效結構和整體可靠的協同性上。因此具有樂觀應用前景的主要是大型管殼式換熱器、大型纏繞管式換熱器和大型板殼式換熱器。本文將對這三種換熱設備近年來的國產化技術進展進行分析，并指出存在的問題和發展方向。 

1、大型管殼式換熱器的技術進展 

環氧乙烷/乙二醇(EO/EG)是生產聚酯的主要原料，是乙烯工業衍生物中的重要產品。國外的生產規模已從早期的 7 萬 t/年發展到目前的 68 萬 t/年。“十一五”期間，我國的環氧乙烷總產量達到 450萬 t/年。其中最具規模的是中國石化在天津和鎮海乙烯項目建設中的大型的 EO/EG 裝置(天津 45 萬 t/年、鎮海 65 萬 t/年)。在 EO/EG 裝置中，無論是SD工藝還是 DOW 化學公司工藝，工藝流程中都廣泛應用了大型換熱設備。鎮海和天津采用的工藝為美國 DOW 化學公司技術，在國內為首次應用。在鎮海 EO/EG 裝置，換熱面積 10 000 m²以上的換熱器有三臺，6 000 m²以上的有兩臺；在天津 EO/EG 裝置，換熱面積 8 000 m²以上的換熱器有三臺。兩套裝置中 4 臺 10 000 m²以上的換熱器如表 1 所示。 

這些換熱器在設計制造中的難點主要如下。 

1）公稱直徑遠大于 GB151 和 TEMA 的推薦值，在現行的國內外標準中，對此類換熱器沒有完全適用的計算方法；尤其是大直徑、長換熱管的管板計算，即使在金屬壁溫溫差較小的情況下，其管殼程之間的膨脹量差也造成可能設置膨脹節。如果不設置膨脹節，管板的厚度需要大幅度地加厚。國家標準中壓力容器膨脹節只能用于設備直徑小于2000mm，超出的只能由供貨商進行特殊設計和制造。 

2）國內的換熱管一般長度不超過 12 m；對于接近和超過 20  m 長且具有特殊要求的奧氏體不銹鋼換熱管，質量得不到保證。 

3）缺少對大型管殼式換熱器設計中管束振動和防振技術的認識。大型管殼式換熱器殼程介質流量較大，當流體橫向穿越管束時，管子受到卡門漩渦和紊流抖振的影響，可能激發管束振動和聲振動。

如果管束振動劇烈到一定程度，將導致換熱管的疲勞破壞或者換熱管撞擊折流板孔邊而被切斷。為此，不僅要從設計上使換熱管的固有頻率避開卡門漩渦頻率，同時要從結構上實現有效支撐，降低管束間的橫流速度。 

(4)  復雜的內部結構是保證工藝要求的前提。國外工藝商經常將反應、吸收等工藝和過程換熱組合在一起，換熱設備經常帶有復雜的噴淋、擴散結構部件以及異型的插入結構。由于不能深入理解工藝商的目的，也制約了此類換熱設備的國產化。 

(5)  大型管板的制造技術。由于大型管板的金屬材料的耗量大，不僅增加了鍛制的難度，甚至還需要拼焊。如何拼焊管板并保證材料性能的一致性，大型管板表面堆焊的防變形技術、大型復合板管板的加工工藝等都是重點研究的問題。 

(6)  大型管殼式換熱器的組裝技術。大型管殼式換熱器換熱管數量巨大，甚至超過一萬根。這不僅給管板和折流板的鉆孔精度提出了很高的要求，同時管子長、折流板多、管束重也使穿管的難度成倍增加。尤其是小直徑換熱管剛性差，很難控制撓度。因此，既要研究最佳的裝備工藝，又要研制設計出合適的工裝，保證穿管的順利實施，不影響換熱設備的操作性能。 

(7)  小直徑換熱管與管板的連接與檢測技術。

我國換熱設備采用脹焊并用時大多為強度焊加貼脹，而國外許多設計中采用的連接方式是強度脹加密封焊。當換熱器上(前)管板在高速流體沖刷狀態下運行時，管板和管子的焊接接頭難以保證密封的壽命要求，采用強度脹加密封焊的結構更為可靠。

但是對小直徑換熱管的脹接技術以及接頭質量的檢測技術，我國和國外的差距還很明顯。 

基于上述情況，這 4 臺 10  000  m²以上的換熱器只有 E-6111 循環氣冷卻器實現了國產，其他三臺換熱器分別由韓國的 Doosan 和印度的 Larsen  &  Toubro 生產。 

為了盡快實現 EO/EG 換熱器和 EO 反應器這類大型換熱設備的國產化，中國一重、中國石化南化公司化機廠等單位充分利用各自企業在我國石化設備制造中的優勢，開展了多項研制攻關工作。其中，中國一重利用其在加氫反應器和核反應堆容器中的設計制造經驗，探索大型換熱器的材料、結構、制造工藝等關鍵技術，在大型換熱器的國產化中取得了突出的業績。表 2 列出了中國一重完成的典型大型管殼式換熱器。 

“十一五”期間，我國在大型管殼式換熱器設計制造中取得的主要技術進展。 

1）設計技術上有了長足的進步，這種進步首先表現在大型換熱器的設計中，傳熱流動設計和強度設計的協同性有了顯著的提高。充分理解和預測可能發生的載荷組合，較好地處理了溫度場、流場和力場的耦合，同時運用了全模型有限元分析對超過標準的主要受壓元件進行設計和評定。 

2）研究并制定了大型管殼式換熱器中許多專門材料的訂貨技術要求。先后完成了《SA302C 鋼板材購技術條件》、《SA508Gr3Cl1 鍛件技術條件》、《 SA210Gr A-1 換 熱 管 訂 貨 技 術 條 件 》、《SA213-304/304L 換熱管訂貨技術條件》、《SA789 S31803 換熱管訂貨技術條件》、《丁辛醇裝置換熱管訂貨技術條件》等專門技術文件。從幾何參數到綜合性能為大型管殼式換熱器的國產化提供了保證。 

3）實現了長度 30 m 以內重要材料換熱管的國產化。以常熟華新特殊鋼有限公司和江蘇銀環精密鋼管股份有限公司為代表的企業已經能夠自主研制滿足國外工程公司技術要求的高精度換熱管。其中SA213-304/304L 雙等級不銹鋼換熱管已在 EO/EG換熱器上得到應用(圖 1)，SA789  S31803 雙相鋼換熱管已在 EO 反應器上得到應用，φ88.9 mm×3.2 mm碳鋼換熱管已在丁辛醇裝置轉化器上得到應用。 

4）在管板制造工藝上取得了一定的突破。憑借著中國一重和上海重型的鍛造能力，我國在鍛制管板上的加工能力已經步入世界的先進行列。在大型丁辛醇轉化器(圖 2)的制造中，中國一重鍛造完成了合肥通用機械研究院的專利設計結構——帶有柔性連接環的大型薄管板。在鎮海 EO/EG 換熱器的研制中，中國一重先后完成了大型管板堆焊輸入的數值研究，采用反變形技術保證了管板的平面度要求。 

5）殼程設計技術日臻完善。大型管殼式換熱器殼程管束支撐結構的設計，既要考慮到殼程的流場和溫度場，又要兼顧到對管束振動的預防。在鎮海 EO/EG 換熱器的研制中，采用了折流板窗口區不布管、采用標準要求的最小折流板(支持板)管孔間隙、折流板之間增設支持板、增加流通通道、減小換熱管支撐跨距、殼程入口處增加防沖桿等措施防止管束振動的發生。在大型轉化器和反應器的設計中，采用了殼程縱向流動的技術，通過設置隔柵結構或者多孔支持板結構，既強化了殼程的換熱，又增加了管束的剛性，保證了管束整個軸向和徑向的溫度控制。 

6）脹焊并用技術有了新進展。對于密封性能要求較高以及承受振動等場合，換熱管與管板的連接接頭普遍采用了脹焊并用的工藝。在大型管殼式換熱器的制造中，既采用了強度脹和密封焊技術，也采用了強度焊加貼脹的技術。在鎮海 EO/EG 換熱器的制造中采用了上下管板不同設計的連接接頭，上管板采用了平齊式密封焊加強度脹設計，下管板采用了外伸式密封焊加強度脹設計。工藝程序都采用了定位脹+自動焊+強度脹。在反應器中制造采用了強度焊加貼脹的工藝技術，針對低合金鋼高強度鋼的材料特點運用了電磁感應技術對焊接接頭進行了消應力處理。 

7）采用了先進合理的組裝技術。以管板為模板進行折流板系的加工和格柵的組焊，在折流板系的組裝中采用了激光定位對中技術，保證了管孔的同心。在格柵的組裝中，將格柵疊在一起進行試穿，控制了格柵的總體平面度和水平撓度。大型反應器現場分段組焊時，嚴格控制了因筒節對接可能造成的管孔對中偏差的累積放大。從四個角度檢測了筒體的直線度，并將筒體的縱環焊縫全部打磨至與母材平齊。在筒節上開孔和組焊接管時，采取了有效的防止筒體變形和不圓度超差的措施。 

(8)  運用了多種先進的檢測技術。在大型管殼式換熱器的研制中，采用了 TOFD 技術對多段筒體的對接環縫進行了無損檢測。采用了射線檢測方法對換熱管與管板的焊接接頭進行了抽檢。采用了氦質譜檢漏技術對換熱器管頭的致密性進行了檢測等。組合檢測技術的應用，大大降低了設備缺陷的隱藏概率。 

重要石化領域大型管殼式換熱器的研制成功，標志著我國管殼式換熱器的設計與制造水平上了一個臺階，對我國未來標準規范的制修訂提供了有益的范例，同時也推動了我國高端換熱管行業的技術進步。大型管殼式換熱器也使我國的科研人員對換熱器管束流體誘導振動的發生和預防有了進一步的認識。 

二、大型纏繞管式換熱器 

和傳統的管殼式換熱器相比，纏繞管式換熱器具有顯著的特點：結構緊湊，單位容積具有較大的傳熱面積；換熱系數較高；抗振動、耐高溫差引起的熱膨脹性能好；介質溫度端差小，不可逆損失小；密封可靠性高、介質壓力高；介質流暢、不存在換熱死區；多種介質同時參與換熱、不同介質之間無壓差要求；換熱器易實現大型化。纏繞管式換熱器的典型結構形式如圖 3 所示。 纏繞管式換熱器在中國的應用源于進口的空分裝置和化肥成套裝置的低溫甲醇洗系統。直到上個世紀末，纏繞管式換熱器的應用和更換仍依賴于進口。主要的技術難點如下所述。 

1）纏繞管式換熱器尤其是多股流纏繞管式換熱器的傳熱與流動的工藝計算方法；目前國際上通用的 HTRI 和 HTFS 軟件都沒有相應的計算模塊。 

2）各種復雜的管板結構，包括單股流管板、多股流管板和小管板結構，其中大部分管板的布管區域不同于 GB151，而且管板兩端的管箱結構形式和 GB151 也都不同。 

3） 超長奧氏體不銹鋼焊接鋼管的制造質量，影響到纏繞管式換熱器的可靠性。 

4）大型纏繞管式換熱器的組裝技術。 

5）纏繞質量和管束的檢測技術。 

合肥通用機械研究院、鎮海石化建安工程有限公司在國家十五重大技術裝備研制攻關計劃、“十一五”國家科技支撐計劃的支持下，對纏繞管式換熱器的傳熱與流動、材料、設計、標準、制造、應用等環節的諸多技術問題進行研究并取得突破。典型大型纏繞管式換熱器如表 3 所示。 

在“十一五”期間，大型纏繞管式換熱器的主要進展。 

1）實現了多股流纏繞管式換熱器的全面國產化，解決了低溫甲醇洗領域多股流纏繞管式換熱器各個階段的技術問題，具有自主知識產權的工藝計算軟件的準確性在多次應用中得到驗證。我國在甲醇領域的纏繞管式換熱器的規模已進入世界先進水平，圖 4 為久泰煤炭深加工項目和滕州大化肥多聯產項目制造的中國最大的貧甲醇冷卻器，換熱面積為 7000 m²。    

2） 完成了世界上第一臺加氫裂化裝置高壓纏繞管式換熱器的研制(圖 5)，并在中國石化鎮海煉化分公司 150 萬 t/年加氫裂化裝置中成功使用。研制過程中，獲得了高溫時效狀態下換熱管纏繞變形率的推薦值，完成了鎳基合金堆焊的低焊接殘余應力 2.25Cr-1Mo 鋼對接接頭的設計，完成了鎳基合金封筒焊縫的超聲檢測技術研究，并應用射線檢測技術對換熱管與管板的焊接接頭進行了檢測，保證了換熱管與管板焊接接頭的零泄漏。高壓纏繞管式換熱器為我國高溫高壓領域纏繞管式換熱器的應用積累了寶貴的經驗。 

3）基于高壓纏繞管式換熱器的加氫裂化流程

本身也實現了一次變革，不僅使傳統加氫裂化流程圖 5   世界上首臺加氫裂化裝置高壓纏繞管式換熱器 更加簡捷，而且減少了高壓換熱器的數量，減少了加熱爐的數量。新加氫裂化裝置采用兩臺換熱器高壓纏繞管式換熱器的流程，改變了原來 7 臺高壓螺紋鎖緊環換熱器的流程，熱端溫差小，使得加熱爐的負荷顯著降低，節能效果明顯。對于 150 萬 t/年加氫裂化裝置，一年可以減少燃料消耗在 1  100 萬元以上。另外，采用高壓纏繞管式換熱器的重量只有170 t 左右，采用螺紋鎖緊環式換熱器的金屬重量卻達 280 t，金屬材料的消耗量顯著下降。流程的簡捷帶來設備的減少，使裝置的泄漏點減少，裝置的可靠性得到進一步提高。  

4）對低溫甲醇洗原料氣冷卻流程實現了創新。裝置的大型化后，單一的多股流纏繞管式換熱器雖然可以簡化流程，但設備巨大，帶來的綜合經濟效益差。對于原料氣和尾氣處理量大的低溫甲醇洗裝置，原料氣冷卻器可以采用組合型流程替代原來的單一多股流纏繞管式換熱器流程。在其中的單股流纏繞管式換熱器中，可以將原料氣和尾氣的流路進行對調，注意流量的分配，既可以保證性能，又可以節約大量的金屬消耗。優化后總傳熱系數由106.06  W/(m²?K)提高到 130.30  W/(m²?K)，增加了22.64%，傳熱性能得到提高，原料氣換熱器Ⅱ的換熱面積由 3 224 m²減小至 2 624 m²，并滿足生產工藝的要求。管程、殼程的高、低壓介質對調后，纏繞管式換熱器的殼體壁厚變薄，設備質量減小 50%，

在保證殼程安全的情況下，金屬材料節省顯著，設備投資大大減少。這種工藝創新已經在新奧鄂爾多斯雙甲工程和神華煤基烯烴 180 萬 t/年甲醇項目中得到成功應用。 

5）奧氏體焊接不銹鋼換熱管的應用得到快速的發展。我國放棄了德國低溫低合金鋼換熱管的技術路線，在低溫和高溫領域應用在纏繞管式換熱器的核心傳熱元件立足于奧氏體焊接不銹鋼換熱管，少量采用精密不銹鋼無縫鋼管。奧氏體焊接不銹鋼的單根換熱管長度已超過 100 m；在四種奧氏體不銹 鋼 牌 號 上 ， 不 銹 鋼 焊 接 鋼 管 已 可 以 在 小 于    

10.0  MPa 的非極度危害的介質上應用，超過了GB151 標準規定的 6.4 MPa 的限制。 

三、大型板殼式換熱器 

板殼式換熱器是將板式換熱元件的高效性和殼體承壓能力特點相結合的換熱設備，主要應用于煉油重整、芳烴歧化和異構化等裝置。隨著裝置能力的不斷提升，板殼式換熱器的大型化不僅是打破國外技術封鎖的需要，也是進一步實現裝置節能降耗的需要。 

大型板殼式換熱器研制攻關的主要難點如下所述。 

1）超大型板殼式換熱器波紋板片開發及制造技術。如何保證與超大型板殼式換熱器相適應的超寬板型的傳熱與流體力學性能，開發出高精度的模具和成型裝備，保證板片具有沖壓減薄量小，殘余應力小、承壓能力高、強度高、成品率高等特點，是研制的最大難點。 

2）建立專用焊接生產線，保證板片焊縫的密封性能及焊縫強度，同時又能滿足大批量工業化板片焊接需要。 

3）大型板束的整體結構設計，包括板束在軸向方向的熱膨脹結構和板寬方向的柔性連接結構、均勻高效的進料分布器結構、基于有限元分析和壓力試驗相結合的板束強度和剛度的研究、板束各部件連接的合理性研究。 

4） 高腐蝕性場合特種材料板片的成形、焊接技術和腐蝕性能研究。 

5）基于可靠性的超大型板殼式換熱器的制造、檢測技術及應用指南。 

甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司在“十五”、“十一五”國家相關科研計劃的支持下，開發出國產首臺 10  000  m²大型板殼式換熱器，在大型板殼式換熱器的研究和應用上取得了顯著的進展。 

(1)  開發出了流體分布與傳熱性能兼顧的先進板片(圖 6)；創造了整板分次步進模壓成形工藝，配套大開檔油壓機滿足了專用寬幅大型板片模壓成形的要求。  

(2)  開發了氬弧焊/電阻焊焊接工藝，配套專用自動程控焊機，實現了板束結構的參數化程序化焊接。兩板片邊緣直接焊接，焊接輸入能量小，自動化程度高，焊接效率高。  

(3)  在設備整體結構方面，開發了適合于大型板殼式換熱器的新型進料噴霧分布器，分布效果好，保證了進料液與循環氫的充分混合。研制出超大型板殼式換熱器的可拆結構。軸向設置高低溫膨脹節解決了設備中心線方向的熱膨脹問題，熱補償性能良好。板束與殼體之間采用新型柔性連接結構克服板束在高溫工作時由于熱膨脹產生的徑向力，有效地防止設備高溫熱膨脹造成的損壞。 

(4)  大型板殼式換熱器已在福建聯合石油化工有限公司 140 萬 t/年連續重整裝置(9 500 m²進料換熱器)和中國石油烏魯木齊石化公司 100 萬 t/年芳烴聯合裝置 330 萬 t/年異構化裝置異構化裝置(10 500 m²進料換熱器，如圖 7 所示)上成功投用。 

(5)  國產大型板殼式換熱器的綜合性能已經達 到國外先進水平，國內外性能對比如表 4 所示。  

四、存在的問題 

大型換熱器的國產化標志著我國過程能源裝備的一個進步，但是設備背后還有更深層次的技術問題有待研究探索。 

4.1、大型換熱器傳熱與流動的工藝設計 

由于我國許多成套裝置工藝(尤其是化工工藝)的軟件包是從國外購買的，在換熱設備的選擇上國內并沒有多少發言權。大型換熱器在傳熱與流動上的機理有其明顯的特殊性，最典型就是混合介質的局部冷凝和整體冷凝。在大型換熱器內實際混合物的冷凝過程介于整體冷凝和局部冷凝之間。流體入口段，工藝條件保證了較高的流速，剪切力起主導作用，截面的氣液兩相混合較好，近似整體冷凝。

而出口處的工藝條件會造成兩相分層，重力起明顯作用，接近局部冷凝。冷凝器設計軟件主要基于冷凝側當地傳熱膜系數的準則方程，并對氣相擴散阻力進行簡單修正。由于氣液兩相界面附近的氣相濃度梯度，擴散阻力降低了有效傳熱膜系數。尤其在低熱通量條件下，當地傳熱膜系數的準則方程的不確定度很高。因此設計軟件不能反映混合物冷凝的

實際傳熱過程。 

另外設計過程一般不考慮殼程冷凝流體的不均勻性。對于混合物冷凝，諸如回流、渦旋、旁路及流動死區等現象造成實際流場與理想流場的偏離。非理想流場的影響可顯著降低混合物冷凝器的性能。 

超臨界混合組分流體在換熱器的傳熱與流動的研究往往受到試驗手段的限制，在設計中借用了純物質的準則方程，因此其傳熱與流動的設計和實際工況還有一定的差距。 

4.2   大型換熱器對高效傳熱元件的采用 

對大型換熱器來說，其安全性往往是放在第一位的，許多大型管殼式換熱器采用的是光滑傳熱管，這也說明大型管殼式換熱器有更大的節能提升空間。 

表 5 和表 6 對比了應用三種換熱管分別給大型管殼式換熱器(低壓混合制冷劑/丙烷蒸發器和丙烷冷凝器)帶來的設備尺寸和重量的變化。  

我國的高效換熱管不僅在大型化的應用上較少，材料的種類也不夠豐富。目前的高效換熱管主要以碳鋼、不銹鋼、銅及銅合金為基材加工或燒結而成，在許多特種材料高效換熱管的研究上還是空白。 

4.3、LNG 領域大型纏繞管式換熱器的攻關 

LNG 的利用在一個相當長的時間內將是我國能源戰略的一個重要內容。在液化過程中的主低溫換熱設備的研制是重要的技術保障。我國目前的液化能力很小，采用的多為板翅式換熱器。西方國家在大型 LNG 裝置中大都采用纏繞管式換熱器]。

不同工藝流程設置了不同的纏繞管式換熱器的組合，但歸結起來的技術難點如下：混合冷劑和天然氣之間(超臨界混合介質)的傳熱與流動、大型換熱器特有的流體分布技術、大型纏繞管式換熱器的結構研究、超長鋁合金換熱管及其他材料的研究。目前我國基于 100×104～150×104 Nm3/d 天然氣液化裝置低溫纏繞管式換熱器的攻關正在討論中。 

4.4   大型換熱器的可靠性研究 

大型換熱器的可靠性涉及到許多交叉學科的問題和制造技術問題。從全世界的范圍來看，換熱器的失效破壞主要有 4 個方面：①  換熱管與管板的連接接頭的制造質量；②  腐蝕環境與傳熱元件材料的適應性；③  換熱器的振動破壞；④  熱應力引起的破壞。 

對大型換熱器來說，換熱管的數量大，換熱管的壁較薄，換熱管與管板的連接接頭質量對大型換熱器的可靠性影響概率顯著增大。另外由于大型換熱器的換熱管較長，換熱器的支撐設計尤為重要，流固耦合等許多技術問題需要考慮。由于無支承跨距設計不合理造成的破壞時有發生(圖 8)，它不僅會造成折流板和換熱管之間的損傷，也會造成換熱管與管板的連接接頭的損傷。另外，大型換熱器管束或板束的長度大，也提高了熱應力破壞的可能性。更為嚴重的是，上述幾個因素的交互影響，降低了大型換熱器的可靠性(圖 9 顯示了由于多種因素造成的板殼式換熱器的破壞)。因此，要充分認識大型換熱器的諸多難題，在設計和制造中制定嚴格的技術對策和控制措施。  

五、結論 

我國大型換熱器的技術在“十一五”期間取得了顯著的進展，解決了重點國產化產品的一系列關鍵技術，研制產品已經投入了工程應用。 

1）大型管殼式換熱器在材料研究、結構設計、管板制造、管束支撐、組裝檢測等技術都取得了突破，能夠實現長度 30  m 以內的高精度奧氏體不銹鋼無縫換熱管的國產化，具備了制造 10  000  m²以上大型管殼式換熱器的技術和能力。 

2）我國在煤化工領域纏繞管式換熱器的成套技術已經達到國際先進水平，具備制造 7 000 m²以上大型纏繞管式換熱器的技術和能力，并創新了大流量下低溫甲醇洗系統原料氣冷卻的工藝流程。在世界上首先推出新型加氫裂化工藝流程，并研制成功了高壓加氫裂化纏繞管式換熱器。 

3）在大型板殼式換熱器的整體結構設計、板片研究、成型設備、板束焊接、熱膨脹吸收等關鍵技術上都有了新的進展，具備了 10  000  m²以上大型板殼式換熱器的技術和能力。 

在換熱器的大型化過程中還存在一些不足之處，應該著手以下幾個方面的工作。 

1）進一步研究大型換熱器傳熱與流動工藝中的特殊性。 

2）大型管殼式換熱器和高效傳熱元件的結合還有很大的提升空間，實現大型化的結構、特種材料、高效換熱元件和管束支撐結構的和諧統一，將大大推進管殼式換熱器的技術進展。 

3）開發與大型天然氣液化裝置相適應的大型纏繞管式換熱器。 

4） 提高大型換熱器的可靠性，引入基于可靠性和壽命的設計和制造理念。在大型管殼式換熱器的防振設計、管板設計、換熱管與管板連接技術和檢測技術、大型板殼式換熱器的設計技術和操作控制等方面進行不斷的完善。 

(5)  針對我國冶金工業配套技術的局限性，開發出特種合金材料換熱管、超長鋁合金換熱管等傳熱元件，促進大型換熱器基礎技術的進步。 

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作者簡介：陳永東(通信作者)，男，1968 年出生，教授級高工，合肥通用機械研究院壓力容器與儲運裝備工程部部長，壓力容器學會換熱器委員會常務副主任委員，全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會熱交換器分委會委員。主要研究方向為石油、化工、天然氣等領域換熱設備的傳熱工藝研究與結構設計開發。 

E-mail：chenyongdong@hgmri.com 

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