[14]享一窗旺旋板和板壳式换热器中。目前新型传热元件的热管，它所使用的管子，一般也以不锈钢作为它的材质。（4耐热钢：这类钢按用途分为抗氧化钢、热强钢及汽阀钢；按组织分为铁素体钢、马氏体钢；按使用加工方法分为热轧、锻制及热处理。(6)低温用钢这类钢按规定适用于设计温度-20℃的钢1)低 Ni 钢：如含2.5%,3.5%和9% Ni的钢等在-50~-196℃范低温中使用。2）奥氏体不锈钢如00r18Ni9和超低碳不锈钢等在50~-196℃低温范围中使用。但奥氏体组织不稳定，组织中含有铁素体时，铁素体容易析出。铁素体变态数量多的亚稳定奥氏体组织容易产生低温脆性。而且在不稳定组织中容易析出不希望的晶间碳化物和相等按1985年颁布的<钢制石油化工压力容器设计规定》，作为低温用钢还有16MnDR09MnTiCuXtDR,09Mn2VDR_06MnNbDR等。3.有色金属及其合金(1)铜及铜合金：铜具有很高的导热性、导电性、塑性好。其强度随温度升高而降低，在温度低时，铜的强度反而升高，低温冲击韧性好,做在深冷低温设备中应用较多,并广泛地用作换热器的传热管等。 锅在不浓的硫酸或亚硫酸中耐腐蚀。 在稀的和中等浓度的盐酸、醋酸、氢氟酸和其它非氧化性酸中有较高的稳定性。 铜在昔性碱中，由于形戒保护膜而相当稳定。 铜在许多气体中，如氣、溴、二氧化硫、硫化氢等气体中被腐蚀。铜镍合金在国外广泛地用作传热管，作为高温高压管壳式换热器所选用的材料。铜和铜合金在国外也作为板式换热器中板片的材质。（2）铝及铝合金铝在大气中容易生成透明和致密的氧化覆盖膜，故铝在水、大气(即使大气中含有SO及CO.)、中性浴液和弱酸性溶液中稳定性都很高。铝的耐腐蚀性与纯度有关,纯度愈高，耐腐蚀性也愈高。铝的导热性和导电性均好，富有压延性，加工性能好。铝和锯合金在板翘式换热器制造中用得最多，有时也可用于板式换热器中作为板片的材料。螺旋板换热器根据使用条件也可用铝合金材料制造。热管所用的管子也可采用铝作为材糖：(3)镍及镶合金：镍的物理机械性能很好，强度高，塑性好。 镍在所有碱类中都特别耐腐蚀，这是由于它能在碱液中生成黑色的氧化物保护膜。 镍对氮气或盐酸也耐腐蚀。 但耐氧化性酸、氧化性酸式盐较差。镶在许多有机酸中耐腐蚀镍合金如蒙乃尔合金被推荐使用在高温高压的管壳式换热馨中，同时，亦可使用于螺旋板换热器或用作板式换热器中板片的材料。（4）复合钢板具有强度高和耐腐蚀性好的性能，对昂贵的耐蚀材料消耗少,较经济。覆层板材的厚度通常为2~3mm,占总厚度的10% 或 20%。一般复合钢板以低碳钢作母材,复合 18-8 型
[is]第五节换热器的材料不锈钢，此外有蒙乃尔，海军黄铜（复合铝板）和钛等。不锈钢复合钢板和碳钢一样能够冷加工与热加工，可是对加热温度和焊按方法要特别注意。4. 稀有金属材料近年来为了解决一些特殊条件下换热器的材质问题，在换热器的制造中，已开始采用了某些稀有金属，如钛、镇和错及其合金。这些材料通常以薄板、薄壁管和复合板的形式提供使用。由于这些材料都具有高的耐腐蚀性能，虽然价格昂贵，仍在某些场合下得到了推广使5、非金属材料非金属材料除了在一般金属材料制的换热器中用作垫片以外，在处理强腐蚀性介质的条件下，已开始用来作为新型材料换热设备的部分材质，而达到耐热防腐蚀的效果。其中较为广泛的是石墨、玻璃和陶瓷等。近十余年来，用聚四氟乙烯塑料作为换热器的材料得到了广泛地发展和应用。石它具有许多优良的物理化学特性。有特别高的化学稳定性，在有机溶剂及无机榕剂中均不溶解，酸和碱在通常条件下对它不起作用。它具有高的导热性和导电性。它的线性膨胀系数小,在高温下不易变形,对温度变化的敏感性小,能够很好地承受热冲击。同时,由于它与大多数垢层的线性膨胀系数相差很大，所以垢层容易清洗，甚至能够自行脱落。石墨具有很大的孔隙率(约80%左右)，必须用各种树脂来浸渍石墨，以消除孔隙成为不透性的石显，才能用来制造换热器。不透性石墨机械加工性能好，易于加工到准确的精度。但它的机强度低，不抗弯曲和拉伸，且有魔性，易脆裂。此外，它具有各向异性，在设计和制造中必须加以考虑(2)玻璃一般用来制造换热器的玻璃材料为翻硅玻璃和石英玻璃等,而不能用普通的钠钙被璃，这是由于后者热稳定性差之故。玻璃具有光滑的表面,透明，容易清洗，对流体的阻力小。它具有高的酶腐蚀性,但它是脆性材料,在加工和安装使用时必须加以注意。（3）聚四氟乙烯塑料它的商品名称叫“秦氟隆(Teflon)"。由于它耐腐蚀性能很强，素有“塑料王"之称。对强腐蚀性介质如浓硝酸、浓硫酸、王水、过氧化氢、盐酸和昔性碱等都是耐蚀的，大部分溶剂都不能使它溶解，，只有熔融的昔性碱对它有腐蚀作用。使用温度可从一180℃到+250°℃。该塑料表面非常光滑不易结垢,但它的机被性能较差和导热性能低,因此,应采用薄整管以减小热阻，采用小直径管以保证强度和提商单位换热器体积中的传热表面积。二、材料的使用规定按中国石油化工总公司、中华人民共和国化学工业部、中华人民共和国机械工业部颁布的钢制石油化工压力容器设计规定》(1985年)第二章“材料"部分。三、换热器的防腐蚀换热器的目的是为了传热，经常与腐蚀性介质接触的换热表面积很大，为了保护金属不遵受腐蚀，最根本的方法是选择耐腐蚀的金属或非金属材料，但同时对应用最广泛的钢铁材
r1e]料设备采取防魔蚀措施也是十分必要的。有时在设计换热器时，根据所处理介质的腐蚀性匹考虑到选用合适的耐腐蚀材料，傻如制造时焊接方法不当，则在焊缝及其附近亦易发生腐蚀。男外,在离换热管子入口端 40~50 cm 处的管端，由于介质的涡流磨损与腐蚀共存而经常发生管端腐蚀；管子内侧存在异物沉积或粘着产生点腐蚀等。这样也要求采取一些必要的防腐蚀措施。关于金属材料的防腐蚀措施，对换热设备来说，一般有下列几种办法。1.防屑蚀涂层在金属材料表面，通过一定的涂覆方法，覆盖上上一层耐腐蚀的涂料保护层，以避免金属表面与腐蚀介质直接接触。这是一种最经济和有效的方法，一般多用于防止气体介质(特别是大气)靡碘。 所用涂料大部分为有机离分子胶体的混合物溶液，如红丹防诱漆和清漆等,以及塑料涂料如聚三氟氮乙烯和氯化聚醚等涂料。2. 金属保护层在金属材料表面，通过一定的方法覆盖上一层耐腐蚀性较强的金属或合金。常见的有，A衬里、金属堆焊和金属喷镀等。如加氢裂解装置中的管壳式换热器，亮体内表面为了防止氢的蚀必须采用奥氏体不锈钢进行衬里或大面积堆焊或使用同样材料的复合钢板等。而高压管板/通常用带状焊丝进行不锈钢堆焊。 又如在制氢换热器中管束的每一根管子的管端，采用了保护里，即插入一个带有圆弧翻边的耐热保护套,并焊在管板上。8. 更化学保护这秘方法可分为阴极保护和阳极保护。阴极保护是利用外加直流电源，使金属表面上敢阳极变为阴极而达到保护。此法耗电量大，费用高,用得不多。阳极保护是把被保护的设备接以外加电源的阳极，使金属表面生成钝化膜，从而达到保护。这种方法只有当金属在该介质中能钝化时才能应用，而且技术复杂，因此目前也用得不多。4、添加缓蚀剂在腐蚀性介质中，加入少量的某些物质，而这紫物质能使金属的腐蚀大为降低，甚至停止，这类物质称为缓蚀剂。缓蚀剂加入后，以不影响生产工艺和产品质盘为原则。第六节近代研究成果及发展趋势:、近代研究成果由于近代科学的发展，从化学工业到宇宙开发都需要热交换，并且愈来愈对换热器提出各种特殊的要求，而换热设备又与传热过程的机理密切相关，因此各国对传热学及换热设备都进行了根多研究工作。从传热机理的探讨到设备结构的改进和创新，从设计计算到制造工艺，都有专门机构从事这些方面的研究工作。 如美国早在 1962 年就成立了“热传递研究公司"(Heat Transfer Research Incorpolaton)（HTRI)，从事传热学理论和换热设备方面的研究。现就下列几个方面谈谈近代的一些研究成果。1。传热过程的机理冷凝和沸腾过程中的热传递现象是比较复杂的，迄今还没有被完全了解。近年来，在这方面的研究文章发表也比较多,J. Taborekc结合换热设备的设计方法,综合了一些研究者的结果，提出了在垂直管子内部冷凝时所形成的冷凝液膜，从层状直到受重力或蒸汽的剪切力而引起的滋动，认为可分成重力控制的层状膜、重力诱导的溺动膜和蒸汽剪切控制的滞动/1
第六节，近代研究成果及发展趋势[17]膜等，并分别提出了有关热传递的计算公式。前一种即相当于Nusselt 最先提出的冷凝层状膜的情况，而后两种消动膜则为 Re 和 Pr两准数的断数关系。至于在水平内的冷凝，则由于对凝液的轴问和周向流动都必须考虑，而使其机理复杂化，同时蒸汽的剪切力和重力的作用成直角，则其分析力的平衡时较垂直管更复杂。从冷凝关联的观点来说，最重要的机理是分成三种流动，即分层流动，在这种流动中，层状膜沿壁流下，并在管的底部处形成一种层状池流。波状流动，在这当中，沿管底的凝液池为漏动。环状流动，这种流动发生在当蒸汽的剪切力为控制时，且在管壁处或多或少地保持了冷凝液膜。关于沸腾传热，过去绝大多数的试验只是在单管或圆盘上的沸腾。近年来，对在管束中沸腾进行了许多试验，通过广泛的研究，指出了一些基本的性能。对于某些形式的换热器，如签式再沸器,认为液体的池沸腾(Pool Boling,即当加热表浸入液体的自由表南以下时的沸腾过程）可能是控制的热传递机理。在互溶性的混合物池沸腾的情况中，通常其热传递系数较纯组分为小。J.W.Palen等人uo曾基于露点和泡点之间的温差，对此正常的降低提出了计算公式。然而,对某些重要的工业混合物,如低碳氢化合物的冷冻剂,，K_Stephtax等根据对它们泄沸腾现象的观察,认为其热传递系数有显著的增加。 在设备中,池鼠腾街摄,热传递是沸腾区域即泡核、过渡和膜状沸膀的函数。气泡的形成和成长居一个谢当浸杂的过程，而气泡在加热表面如何形成，一直是大家所争论的问题。近代由于核反应工程的发展，关于电磁场对电导流体热传递的影晰复示出它的重票意义, M. Rom，G.W.Sutten和 A.Shermanda等均对这方面作过论述。 因电暴体在磁场中移动会产生电位差，其大小与运动速度及磁场强度成正比。同时，磁场会产生一种作用力，阻止导体的运动。在导体中的电流根据I"的关系会产生热。当导电流体经过磁场时，亦会产生相同的结果。如离子化的气体，不管其由于温度的升高或其它适当的方法所1产生,它亦成为一种电导体,亦会因磁场而受到影响。 关于在磁场影响下，传到导电流体的热的问题在包含高温电浆系统、核融能转化、液态金属系统和磁流体动力产生系统等都是相当重要的。根据分析研究，磁场强度增加,使阻力增加,因而边界层增厚，此种效果与正压力拉梯度对流动的影响相同。对高导电性流体如液态金属，研究它在平板上流动时,磁场对其热传递的影响，得出热边界厚度远大于流体动力学厚度。并可根据一个无因次数群Eckert准数Bo一值（此处口自由流状况下流体的速度，c———流体的定压比热容，81自由流状况下滋体与璧之间的温度差)的正或负来判断磁场对其热传递速度的影响情况，即当Eo 准数为正时，亦即自由流的流体温度大于壁温(3。为正值)，磁场将使热传递速度增加。反之，当Eo准数为负时，亦即自由流的流体温度小于壁温(9。为负值)，磁场可使热传递速度减小。这种性质是因磁场会加热流体，从而增加或减少流体与平板之间的温度梯度。最近苏联曾研究了在磁流变系统中热传递的机理,揭示了热传导的一种各向异性的特征，显示出在场的方向中热传递的增强和在垂直方向中热传递的降低。 新近采用静电系统所产生的离子化的气流，应用于传热技术中，可使传热速率提高几借。在现代科技中,对其它一些特殊情况下的热传递过程的机理研究，也有很快的发展，其1中如蒸发冷却、低密度气体与固体表面间的热传逆和融磨冷却等，这里不作介绍。2. 设备结构的改进和创新近年来，为了强化换热设备，一面对旧有的结构形式加以改进，同时也提出了一些新的
181第一草结构形式。为了促进热传递，所采用的技术有：(1）连续提供增强热传递的激励：这种方法如使用静电场和给予表面或流体以振动等。近年来，研究脉动对热传递过程的影响，曾进行了许多工作。 但由于研究者进行试验的条件不一，对所包含的恰当的变数,缺乏主要的了解，以致对脉动效应曾得出互相矛盾的结论。 最近 O0.Erdal Karamerean;John L, Galne等15回顾了过去在这方面的研究，明确了影响脉动流动热传递性能的独立参变数,还在更广泛的变化范围内进行了实验。根据对所得结果的分析,认为热传递系数随脉动而增加，并在过渡流区域中观察到最大的增强。(2）利用扰动促进物如螺旋线、入口涡流发生器、缠绕带、位移促进器和螺旋沟管等。W.J.Marner 和A.E.Berglesc曾在小尺寸的设备中，在不变的热通量的条件下，研究了螺旋带插入物对熟传避系数(a)和压力降(4P)的影响,认为本质上均增加,且增加的程度是差不多的。但在大尺寸的装置中，当 Be>500 时，摩擦因素（F）增加较大，而热传递系数(a)则增加较少J, Palen等8曾研究了螺旋沟管的结构的传热试验，并指出它具有超过a的传热增强系、数，在不变的管侧流量下，对冷凝负荷和温差较不敏感。这可能是由于它具有更好的液膜排散和促进在层状冷凝液膜中的扰动。 日本的研究者19曾使用冷冻剂(R22)来研究在具有内螺施沟情水平管中的沸腾热传递系数和压力降，指出在沟糖深度0.2 mm 时的压力降是与光滑样,但其热传递系数则增加。（3）常大热传递表面：如在换热表面上嵌入翘片表面，这种情况，一般大多数是使用具有外翅片的管，也有具有内翅片的赞,但过去很少使用,近年来对这种形式的翅片研究和使用发展都很快。这是由于新的制造技术的发展,有可能生产各种各样的具有整体内翅片的管,其翅片可以是直的或螺施状的。这种形式的管子增加了附的热传递表面，且在螺旋翅片的情况下，同时产生了流体的涡旋运动。n A. P。Watkinson 等501曾在流的情况下，试验了五种直翅和十二种螺旋翅的内翅片管。根据试验的结果,认为;①当 Be 增加时,无论螺旋翅或直翅管的性能都趋近于光滑管;②在较低的 RBe 值的范圈(如 Re~10,000)时,螺旋翅片具有更优越的性能；③在更高的 Re 值的范关(如 Re~100 000)时,螺施和直翅片管两者儿乎具有相前的性能。1G. R. Kiubanek 和 D. L. Mltit 曾在蒸发情况下,用冷冻剂 R22 试验了螺旋内翅片管。误为它的热传递系数较光滑管提高 80~760%， 并随流体的重量流速的增加和翅片间距 的减小而增加。它的压力降较光滑管增加10~290%。1根据Philip M.Kohnca的报道，在1976年中，日本日立电缆公司(Hitachi Cable Corp.)发表了一系列高热流传热管Thcel-C Thermoexcel-H Gewa-T tinned tube(Thermoexcel)。这种管子是在图1-18几种新型扩大表面的管整个管子的外表画提供了锯齿形翅片,这些齿比光滑管或低翅管在滴状冷凝中更有效，剩留在管上的波膜较薄，热阻低,结果有一商的热传递效率。该公司称这种用于蒸汽冷凝的管为“高热流传热管-0"(Thormo-