列管式换热器是化工、石油、能源等行业中应用的传热设备，其核心原理是通过管程与壳程流体的逆流或并流接触实现热量交换。其中，双管程列管式换热器通过在管箱内设置隔板，将管程流体分为两个独立的流动路径，显著提升了传热效率与温度均匀性。据统计，双管程设计可使换热器综合传热系数提升15%-25%，同时降低设备投资成本10%-15%。本文将从结构原理、性能优势、设计要点及典型应用出发，系统解析双管程列管式

双管程列管式换热器：高效传热的核心设备与技术解析

一、引言

列管式换热器是化工、石油、能源等行业中应用泛的传热设备，其核心原理是通过管程与壳程流体的逆流或并流接触实现热量交换。其中，双管程列管式换热器通过在管箱内设置隔板，将管程流体分为两个独立的流动路径，显著提升了传热效率与温度均匀性。据统计，双管程设计可使换热器综合传热系数提升15%-25%，同时降低设备投资成本10%-15%。本文将从结构原理、性能优势、设计要点及典型应用出发，系统解析双管程列管式换热器的技术特性与工程价值。

二、双管程列管式换热器的结构与工作原理

（一）核心结构组成

管束：由多根换热管（通常为Φ19×2mm或Φ25×2.5mm的无缝钢管）组成，按正三角形或正方形排列固定在管板上。

壳体：圆柱形压力容器，两端焊接管板，内部安装折流板以支撑管束并引导壳程流体流动。

管箱：位于换热器两端，通过隔板将管程流体分为两个独立的流道（A、B流道），实现双管程流动。

折流板：弓形或圆盘-圆环形结构，间距为壳体直径的1/3-1/5，强制壳程流体呈S型流动，增强湍流。

接管：包括管程进/出口接管、壳程进/出口接管及排液/排气接管。

（二）双管程流动原理

流程描述：

管程流体从一端管箱的A流道进入，流经一半管束后，通过隔板下方的通道进入B流道，反向流经另一半管束，最终从另一端管箱流出。

壳程流体从壳体一端进入，横向冲刷管束，经折流板引导多次改变方向后，从另一端流出。

传热强化机制：

流速提升：双管程设计使管程流体流速加倍（例如，单管程流速为1 m/s时，双管程流速提升至2 m/s），雷诺数（Re）增大，湍流程度增强。

温度梯度优化：管程流体在A、B流道中形成“逆流-并流"复合流动，减小了传热温差推动力的轴向分散，提高了平均温差（ΔT_m）。

污垢热阻降低：高流速抑制了颗粒在管壁的沉积，污垢热阻较单管程降低20%-30%。

三、双管程列管式换热器的性能优势

（一）传热效率显著提升

综合传热系数（K）提高：

双管程设计使管程对流传热系数（h_i）与壳程对流传热系数（h_o）同步提升。根

其中，h_i的增加对K的贡献更为显著（因管程流速加倍）。

案例：在某炼油厂常减压装置中，将单管程换热器改造为双管程后，K值从350 W/(m²·K)提升至420 W/(m²·K)，传热面积减少18%。

平均温差（ΔT_m）优化：

双管程流动使管程流体出口温度更接近壳程流体进口温度，ΔT_m较单管程提高5%-10%。

例如：单管程时ΔT_m=50℃，双管程时可提升至55℃，在相同热负荷下，传热面积减少9%。

（二）设备投资与运行成本降低

传热面积减少：

案例：某化工企业合成氨装置中，双管程换热器较单管程节省钢材用量12吨，设备成本降低8万元。

能耗降低：

管程流体流速提升后，可通过减小管径（如从Φ25mm降至Φ19mm）进一步降低泵送功率。

案例：在某电厂凝汽器改造中，双管程设计使循环水泵功耗降低12%，年节电30万度。

（三）操作灵活性与可靠性增强

流速调节范围宽：

通过调整管程隔板位置，可灵活改变A、B流道的流量分配，适应不同工况需求。

抗污堵能力强：

高流速抑制了颗粒沉积，适用于含悬浮物的介质（如污水、纸浆），维护周期延长30%-50%。

温度均匀性改善：

双管程流动减少了管程流体的轴向温度梯度，避免了局部过热导致的设备损坏。

四、双管程列管式换热器的设计要点

（一）管程设计

流道划分：

隔板位置需根据流量分配均匀性优化，通常A、B流道长度比为1:1，确保流速一致。

隔板与管板的连接需采用密封结构（如O型圈或焊接），防止流体短路。

管程流速选择：

液体流速：1-2 m/s（避免振动与噪声）；气体流速：10-20 m/s（防止局部过热）。

案例：在某天然气处理装置中，管程流速设计为1.5 m/s，既保证传热效率又控制压降在0.1 MPa以内。

（二）壳程设计

折流板布置：

折流板间距（B）与壳体直径（D）的关系：B=(0.2−0.5)D，常用0.3D。

折流板缺口高度：20%-25%壳体直径，确保壳程流体充分横掠管束。

壳程流速控制：

液体流速：0.3-1 m/s；气体流速：5-10 m/s，避免振动与腐蚀。

（三）材料选择与腐蚀防护

换热管材料：

碳钢：适用于无腐蚀性介质（如水、蒸汽）；

不锈钢（304、316L）：适用于弱腐蚀性介质（如盐水、有机酸）；

铜合金（HSn70-1A）：适用于海水等高腐蚀性介质。

防腐措施：

内衬：在碳钢管内壁涂覆聚四氟乙烯（PTFE）或橡胶；

阴极保护：对海水介质采用牺牲阳极（如铝-锌-铟合金）保护。

五、双管程列管式换热器的典型应用案例

（案例1：炼油厂常减压装置中的油品冷却）

背景：某炼油厂常减压装置中，原油从350℃冷却至120℃，原单管程换热器传热面积不足，导致出口温度超标。

方案：

更换为双管程列管式换热器，管程走原油，壳程走循环水；

管束采用Φ19×2mm 316L不锈钢管，折流板间距300mm；

管程流速设计为1.8 m/s，壳程流速0.8 m/s。

效果：

出口温度稳定在120℃±2℃，传热系数提升至450 W/(m²·K)；

传热面积减少22%，设备投资节省15万元，年节能效益50万元。

（案例2：化工企业合成氨装置中的气体加热）

背景：某化工企业合成氨装置中，合成气需从40℃加热至200℃，原单管程换热器压降过大（0.3 MPa），影响系统效率。

方案：

改造为双管程换热器，管程走合成气，壳程走高温烟气；

管束采用Φ25×2.5mm碳钢管，表面镀铝防腐蚀；

管程流速优化为1.2 m/s，压降控制在0.15 MPa以内。

效果：

加热效率提升10%，合成气出口温度达标率100%；

压降降低50%，系统能耗减少8%，年节约成本30万元。

六、未来发展趋势与挑战

（一）技术创新方向

强化传热技术：

管内插入螺旋纽带或扭带，增强湍流，传热系数提升30%-50%；

壳程采用螺旋折流板，减少流动死区，压降降低20%。

智能化监控：

安装温度、压力与污垢热阻传感器，结合AI算法实现动态清洗周期预测；

案例：某石化企业应用智能监控系统后，换热器清洗频率降低40%，运行效率提升15%。

（二）挑战与对策

高粘度介质处理：

挑战：高粘度流体（如重油、沥青）传热系数低，易结焦；

对策：采用异形管（如螺纹管、波纹管）或振动管束技术，强化传热。

超高温/高压工况：

挑战：管板与换热管连接处易发生应力腐蚀；

对策：采用爆炸胀接或液压胀接技术，提高连接可靠性。

七、结论

双管程列管式换热器通过流道优化与湍流强化，显著提升了传热效率与设备经济性，已成为化工、能源等领域热交换系统的核心设备。其设计需综合考虑流速、材料与腐蚀防护等关键因素，并通过案例验证了其在节能降耗与操作稳定性方面的优势。未来，随着强化传热技术与智能化监控的发展，双管程换热器将向更高效率（K值>600 W/(m²·K)）、更低压降（<0.05 MPa）及更长寿命（>15年）方向演进，为全球工业绿色转型提供关键支撑。