多管程列管式换热设备

文章由山东擎雷环境科技股份有限公司提供
多管程列管式换热设备作为工业热交换领域的重要装置，凭借其独特的设计和卓越的性能，在多个行业中发挥着关键作用。

一、结构与工作原理
多管程列管式换热设备主要由壳体、管束、管板、封头（或管箱）以及折流板等关键部件构成。壳体作为外部容器，容纳着管束和折流板等部件，通常为圆柱形，两端分别设有封头或管箱，用于连接管道和分配流体。管束由多根平行排列的换热管组成，是热交换的主要部件，换热管的两端固定在管板上，形成密闭的流体通道。管板则用于支撑和固定换热管，并将管束与壳体分隔开，确保密封性。封头或管箱位于壳体的两端，用于连接管道和分配流体，管箱通常具有可卸盖板，便于检查和清洗管束。折流板用于支撑管束并引导流体在壳体内多次改变方向，增加流体的湍动程度，从而提高传热效率，折流板分为横向折流板和纵向折流板两种，多壳程换热器通常需要同时设置。
其工作原理基于传热的两个基本原则——对流传热和传导传热。对流传热是指流体在管内和管外流动时，通过流体的运动将热量传递给管壁或从管壁吸收热量，管内流体称为管程流体，管外流体称为壳程流体。传导传热则是热量通过管壁从高温流体传递到低温流体，管壁作为热传导的介质，其热传导性能对换热效率有重要影响。在多管程列管式换热设备中，流体在管内和管外分别形成多个流程（管程和壳程）。流体在管内流动时，通过多次折返增加流动路径和换热面积；在管外流动时，通过折流板的引导多次改变方向，增加湍动程度和传热效率，这种多流程设计使得热量能够更充分地传递，提高了热交换效率。

二、性能优势
（一）高效传热
多管程列管式换热设备通过增加流体在管内的流动路径和次数，显著提高了热交换效率。例如，四管程设计可使流体流速提升2倍，湍流强度增加40%，总传热系数较单管程设备提升30%。在某炼化企业案例中，四管程设备使原油预热效率提升25%，年节约燃料超万吨。
（二）结构紧凑
该设备结构设计紧凑，占地面积小，能够在有限的空间内实现高效的热能交换，降低了生产成本和安装难度。
（三）适应性强
多管程列管式换热设备能够处理多种类型的流体，包括液体、气体和蒸汽等。同时，它对于不同的温度、压力条件也具有良好的适应性，能够在较为苛刻的工况下稳定运行。其采用双密封结构，泄漏率低于0.1%，膨胀节可补偿温差应力，能适应-50℃至400℃宽温域工况，确保设备在极端温度变化下的稳定性。
（四）易于维护
封头或管箱具有可卸盖板，便于检查和清洗管束，使得设备的清洗、检查和维修工作变得更加方便快捷，降低了设备的维护成本，延长了设备的使用寿命。
三、应用场景
（一）石油化工行业
在石油炼制过程中，多管程列管式换热设备用于加热和冷却原油、馏分油等流体，实现温度控制和能量回收。在催化裂化装置中，三壳程换热器替代传统设备，可使反应温度波动控制在±1℃，轻油收率提升1.8%；乙烯装置中的急冷油冷凝器采用该设备，能承受高温（>400℃）与腐蚀性介质，设备寿命超5年。
（二）电力行业
在超临界机组给水加热系统中，采用双壳程设计的多管程列管式换热设备可使回热效率提高8%，机组发电效率提升0.7%；汽轮机凝汽器换热面积超10000平方米，年节水超百万吨。
（三）新能源领域
在光伏产业中，该设备用于冷却多晶硅生产中的高温气体，保障单晶硅纯度达99.999%；在氢能产业链中，配套钛合金设备通过1000小时耐氢脆测试，可保障氢气纯化安全。
（四）其他行业
在制药行业的真空浓缩工艺中，四管程设计使热效率提升45%；在食品加工过程中，可用于加热和冷却食品原料、成品等流体，控制加工温度和保证产品质量。

四、技术发展趋势
（一）材料创新
开发耐超低温（-196℃）LNG工况设备，材料选用奥氏体不锈钢并通过低温冲击试验；应对超临界CO₂工况，设计压力达30MPa，使传热效率突破95%。
（二）智能化升级
集成物联网传感器与AI算法，实现实时监测换热效率、预警性能衰减，故障诊断准确率≥95%，维护响应时间缩短70%；结合数字孪生技术，构建设备虚拟模型，实现预测性维护，非计划停机次数降低90%。
（三）模块化设计
采用法兰连接标准模块，单台设备处理量可从10㎡扩展至1000㎡。在多晶硅生产中，模块化冷凝器组使产能提升，建设周期缩短。