特点])，两块管板之间留有一定的空间，并
装设开孔接管。当管子与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管引出，因此可保证壳程流体和管程流体不致相互串漏和污染。双管板换热器主要用于严格要求参与换热的两流体不互相串漏的场合，但造价比固定管板式换热器高
非金属材料换热器 :化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。 其中以碳化硅为主要材质的陶瓷换热器具有以下特点：
陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同，导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温度较高的地方，不需要掺冷风及高温保护，当窑炉温度1250-1450℃时，烟道出口的温度应是1000-1300℃，陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃，将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，可节约能源25%－45%，这样直接降低生产成本，增加经济效益。 陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题，成为了回收高温余热的最佳换热器。经过多年生产实践，表明陶瓷换热器效果很好。它的主要优点是：导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。是目前回收高温烟气余热的最佳装置。
目前，陶瓷换热器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行业主要热工窑炉，正在为世界的节能减排事业做出了巨大的贡献。
流道的选择： 进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。
操作强化： 当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。
2.3管壳式换热器的研究进展
换热器是化工、石油、动力、钢铁、食品、发电及其他许多工业部门的通用设备，在产中占有重要的地位。尤其是化工生产中，换热器关系到生产的正常运行和操作费用。换热器的种类繁多，但管壳式换热设备在化工生产中仍占据主要地位，尤其在高温或有腐蚀性介质的作业中更能显出优势。管壳式换热器是由一些直径较小的圆管加上管板组成管束，外套一个外壳而构成，其结构坚固，适应性强，选材广，易于制造，成本低。但是，在流动面积相等的条件下，圆形通道的表面积最小，而且管子之间不能紧密排列， 故管壳式换热器的共同缺点是结构不紧凑，单位换热器的容积所提供的传热面小，传热系数不高，金属消耗量 大。因而，换热器的强化传热技术的研究越来越重要了。随着工业的发展，陆续出现了不少高效紧凑的管壳式换热器并逐渐趋于完善。这些换热器基本上可分为两类:一类是在管壳式换热器的基础上加以改进;另一类则根本上摆脱圆管而采用多种板状换热表面川。在管壳式换热器基础上改进的板式换热器，有结构紧凑，材料消耗低，传热系数大等优点，但是不能承受高温高压。本文就管壳式换热器的自身改进加以论述。
2.3.1管壳式换热器的自身改进
为了实现换热器的传热高效化，其先决条件是提高单位体积的传热面积和提
高传热面的传热效率，以提高综合传热系数，即强化传热(狭义的强化传热是指提高流体和提高传热面之间的传热系统)。其主要方法可归结为使温度边界层减薄和调换传热面附近的流体。前者采用多种间断翅片结构，后者采用泡核沸腾传热。人们想方设法实施强化传热，归纳起来以下4种方法:改变传热面的形状;在传热面或传热路径内加人扰动促进体;对折流挡板和支撑物加以改进;特殊材料管子的制造。 (1)改变传热面的形状
改变传热面形状的方法有多种，用于无相变强化传热的有:横槽管，螺旋管，缩放管和波纹管。新近又开发出偏置折边翅片管和螺旋扁管。用于有相变强化传热管，主要是在传热表面烧结一层金属或镀层，通过机械加工附加一些细孔等结构，在沸腾时使用这类传热面可以使起泡点数目增多，并在细孔内产生蒸气时，能从通孔的另一人口端吸取液体，从而促进细
孔内液膜的蒸发，收到显著改善沸腾换热系数的效果。对于凝结，还有一种翅片结构，利用凝结液在滴落过程中，由表面张力的作用把凝结液膜拉开，使液膜减薄。例如短翅片管，由于翅片的前缘减薄，促进液膜的下流，而使换热系数增高侧。现在的冷冻机换热器，如果管子制成上述形式，那么将使其体积减小，成本降低，效能提高。目前广泛研究的是螺旋槽管，横纹管以及利用机械加工，烧结，由化学腐蚀及表面镀层等手段制成的管件。螺旋槽管是在管壁挤压出单头或多头螺旋槽，是一次加工双面成型的高效传热元件。如图1示:
图1螺旋槽管的结构示意图
华南理工大学李治滨对螺旋槽管管内流体的流动状态，强化传热机理及管参数的优化选择方法进行了深人研究。他用20多种不同规格的螺旋槽管进行试验对比，发现单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。螺旋槽使近壁处流体螺旋运动，产生局部2次流，即在管的中心部分速度较高，由于离心力较小，流体便由壁面走向中心内侧，从而在管的横截面上产
生了2次流，增加了流体的湍动性，因而强化了传热，而且螺旋槽又导致形体阻力，起了表面粗糙度的作用，产生了逆向压力梯度，使边界层出现分离旋涡，结果破坏了流动边界，增加了流体的径向混合，减少边界层热阻，从而提高了传热速率。另外螺旋槽管具
有较强的抗污垢性能，螺旋管主要用于管内外过渡区，湍流区(Re>2100)的无相变传热，还可用于管外沸腾，管内外冷凝等传热。我国于19%年已将螺旋槽应用于石油化工装置的换热设备。例如上海溶剂厂甲醛蒸汽余热锅炉急冷塔中采用了螺旋槽管，总传热系数提高了60%，相同压降条件下，传热面积减少了30%〔4j。 横纹管是20世纪70年代中期出现的一种高效换热器元件，它是以普通光管为毛坯，经简单滚压在管外壁形成与轴线成直角的环状槽纹。如图2所示。
图2横纹管的结构示意图
横纹管强化传热机理为:当管内流体流经横向凹槽时，管壁附近形成轴向涡流，增加了流体边界层的扰动，使边界层分离，从而使流体传热强化，当涡流即将消失时，流体又流经下一个凹槽，因此不断地产生轴向涡流，保持了连续稳定的强化作用。此外，由于涡流主要在管内壁附近形成，对流体的主流影响很小，所以不会产生流体无谓的能量损耗，所以横纹管的流体阻力较相同节距和槽深的螺纹槽管要小很多[5]。横纹管处理介质主要是无相变的气相或液相。近几年，横纹管的应用大大增强，效果也很明显。如益阳炼油厂、茂名炼油厂等单位采用横纹管换热器，总传热系数较光管提高了85%，同等传热量，可节省46%的传热面积[6j。
截面管也是近年来国内外研究开发的强化传热元件，可分为蛋形管，鼓状管，菱形管。实验证明，此类管件与光圆管相比，具有显著强化传热效果。 （2）加入扰动促进体
在单相流的情况下，在管内加人扰动促进体或管内插人体，通过搅乱流动可以达到强化传热的目的。扰动促进体，设置在传热面附近，它可以有多种形状或型式，常用的如图3所示:
图3各种类型的扰动促进体[z]
扰动促进体的作用是对器壁产生较高的流体剪切应力，降低管内流体由层流向湍流过渡的临界雷诺数，从而提供较陡的速度梯度和更高的传热系数，管内插件对强化气体，低雷诺数流体或高粘度流体的传热会起到更好的效果[’]。加人扰动促进体，势必增大了摩擦阻力，导致了压强的增大。所以现在正朝着优化的方向发展，一种成功的扰动促进体应在提高传热系数的同时，不以增大压强为代价。华南理工大学和中国石化北京设计院合作研制了交叉锯齿形扰动促进体。可直接形成流体的混合。在U形管中插人单，双螺旋状和螺旋线以强化沸腾传热，实验证明这几种扰动促进体均可消除壁温飞升现象，其中单螺旋片的压降较低[sj。
国外在这方面的研究很多，英国catGavin公司研制出了一种叫Heatex的扰动促进体，这种扰动促进体由一组延伸至管壁的圆芯体组成，它可使管侧传热效率提高2倍以上。该公司还开发了一种叫Hitran的丝网扰动促进体，用于液体工况时，可使管壳式换热器管子传热效率提高25倍，用于气体工况，可使相应值提高5倍。同时，与正常流速相比，这种促进体使换热管的防垢能力提高8一10倍。国内在此方面也有所尝试。江苏省漂阳市化工设备公司和清华大学利用多孔介质弥散效应强化管内换热的新技术，联合开发了高效强化换热器。它采用的强化元件是一种金属丝制元件烧制而成，相当于空隙率。>95%的多孔体。当流体流经时，流道内产生弥散流动效应，使流体变为湍流，从而强化了传热。实验
结果表明采用这种高效的绕花丝多孔型强化换热器的总传热系数是普通光管的1.5到4倍。上海石化总厂乙烯厂减压蒸馏装置换热器采用国产交叉锯齿形带扰动促进体，在压强不增加的前提下，总传热系数较光管提高了50%。