探讨热交换器的重要性

在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，称为热交换器。在这种设备内，至少有两种温度不同的流体参与传热。一种流体温度较高，放出热量；另一种流体温度较低，吸收热量。但是有的热交换器中也有多于两种温度不同的流体在其中传热的，例如空分装置中的可逆式板翅热交换器。

这里所讲的热交换器是指以传热为其主要过程（或目的）的设备。在工业中的有些设备，例如制冷设备、精馏设备等，在其完成指定的生产工艺过程的同时，都伴随着热的交换，但传热并非它们的主要目的，对它们的研究有其各自的专门课程而不属于热交换器的范畴。

热交换器在工业生产中的应用极为普遍，例如锅炉设备的过热器、省煤器、空气预热器，电厂热力系统中的凝汽器、除氧器、给水加热器、冷水塔，冶金工业中高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气或煤气预热，制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器，制糖工业和造纸工业中的糖液蒸发器和纸浆蒸发器都是热交换器的应用实例。在化学工业和石油化学工业的生产过程中，应用热交换器的场合更是不胜枚举。在航空航天工业中，为了及时取出发动机及辅助动力装置在运行时所产生的大量热量，热交换器也是不可缺少的重要部件。在各个生产领域中，要挖掘能源利用的潜力，做好节能减排，必须合理组织热交换过程并利用和回收余热，这往往和正确地设计与使用热交换器密不可分。

如今世界上因燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临着能源短缺的局面，各国都在致力于新能源开发，因而热交换器的应用又与能源的开发（如太阳能、地热能、海洋热能）和节约紧密相连。所以，热交换器的应用可以说无处不有，它不但是一种广泛应用的通用设备，同时也是许多工业产品的关键部件。它在某些工业企业中占有很重要的地位，例如在石油化工工厂中，它的投资要占到建厂投资的1/5左右，它的重量占工艺设备总重的40%[1]；在年产30万吨的乙烯装置中，它的投资约占总投资的25%[2]；在我国一些大中型炼油企业中，各式热交换器的装置数达到300～500台。就其压力、温度来说，国外的管壳式热交换器的最高压力达84MPa，最高温度达1500℃，而最大外形尺寸长达33m，最大传热面积达6700m2[1]，现有实际情况，还要超过上面给出的数据。

根据热交换器在生产中的地位和作用，它应满足多种多样的要求。一般来说，对其基本要求有：

（1）满足工艺过程所提出的要求，热交换强度高，热损失少，在有利的平均温差下工作。

（2）要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构，制造简单，装修方便，经济合理，运行可靠。

（3）设备紧凑。这对大型企业、航空航天、新能源开发和余热回收装置更有重要意义。

（4）保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗。

热交换器技术的进步直接关系到国民经济的发展和人民生活水平的提高，随着生产规模的扩大和生产技术的现代化，热交换器技术的研究必须满足各种情况特殊而又条件苛刻的要求，因而各国在组织大规模工业生产的同时，都很重视热交换器的研究，并组织了较强的专业研究中心。例如，早在20世纪60年代就在传热工程领域内出现了有影响的两大国际性研究集团，即1962年成立的美国传热研究公司（HeatTransferResearchInc，简称HTRI）和1968年成立的英国传热及流体流动服务公司（HeatTransfer&FluidFlow Service，简称HTFS）。在我国，也有兰州石油机械研究所、通用机械研究所等一些单位，在热交换器的研究和设计方面进行了多年的工作，推动了我国热交换器的设计和改进、技术标准的制定和推广。

热交换器的发展为传热学研究提供了日渐广泛而深刻的课题，而传热学的研究又为热交换器在传热性能和设计方面提供切实有效的数据和计算方法。因此，热交换器和传热机理之间的关系是互相促进、不可分割的。当前世界上一些国际性传热会议、国内学术讨论会（例如中国工程热物理学会及各有关分会的学术讨论会、有关行业的学术讨论会）上都有一定数量的热交换器讨论专题，国内已多次举行热交换器研究的学术会议，均反映了传热学及传热设备的研究受到学术界和工程界的普遍重视。(www.xing528.com)

但是，热交换器的研究又有别于传热学的研究，热交换器自身存在着从原理、设计到测试所构成的一个完整的内容体系，因而热交换器对传热虽有其依赖关系，但又有其相对的独立性。学习“热交换器原理与设计”课程，在于使读者在具备传热学基本知识的基础上，全面了解热交换器的工作原理和基本的设计方法，通过学习，为今后在工作中不断实践和开拓创新奠定基础。至于对热交换器的深入研究所要涉及的那些更为广泛的内容，例如：

强化传热机理的研究和新型热交换器的研制；

流体热物性的研究；

制造材料和防腐蚀技术的研究；

结垢和防垢技术的研究；

设计工作的自动化和制造技术的研究；

振动与防振措施的研究；

测试技术的研究；

热交换器的计算机辅助设计、自动设计、计算机模拟以及系统和设备的优化；等等。

以上这些都有一个不断认识、不断发展、不断提高的问题，因而有赖于读者自己的积极参与和不断关注。