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哈雷釬焊板式換熱器
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淺析管殼式換熱器的分類及強化傳熱

點擊:1671 日期:[ 2014-04-26 21:14:10 ]
                       淺析管殼式換熱器的分類及強化傳熱                      中國石油撫順石化公司石油二廠   楊釗                      中國石油撫順石化公司石油三廠   韓毓                      中國石油撫順石化公司石油二廠   宋士萍     摘要:隨著世界各國對節能環保要求的不斷提高和能源的日益短缺,促使人們對換熱器的性能提出了更高的要求。作為重要的能量交換設備的管殼式換熱器,它的性能優劣無疑對于能源的有效利用和環境保護具有重要作用,因此管殼式換熱器的研究受到人們的高度重視。本文主要對管殼式換熱器的分類進行了介紹,最后簡單闡述了強化傳熱技術。     關鍵詞:管殼式 換熱器 傳熱     一、引言     在工程中,將某種流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給其它流體的設備,稱為換熱器。換熱器廣泛用于石油、化工、輕工、制藥、食品、機械、冶金、動力等工程領域。換熱器的種類繁多,按照工作過程的不同,一般分為混合式、蓄熱式和間壁式三種。管殼式換熱器是一種最常見的間壁式換熱器,具有結構堅固、操作彈性大、承壓能力好、可靠程度高、使用范圍廣等優點,因此在工業生產中得到普遍使用。管殼式換熱器強化傳熱的主要方面為:管程方面,根據生產要求和流體的物性,來選用縮放管、螺旋槽管、橫紋管等強化傳熱管,相關內容前面已做介紹;殼程方面,改變殼程的結構,使得殼程內流速分布均勻,減小流動死區,從而強化傳熱。主要的殼程結構形式有板式、桿式、環式、管子自支撐和旋流網板等。     二、管殼式換熱器的分類     1、旋流網板換熱器     空心環支撐管束能夠解決殼側流體流速不均,存在死區的問題,但是沒有直接對流體進行強化。旋流網板很好的彌補了空心環的缺點,在阻力增加不是很大的前提下,殼程的傳熱性能得到很好的提升。周水洪等對旋流網板支撐傳熱管進行數值模擬和實驗研究,得出旋流網板的傳熱綜合性能要高于空心環支撐傳熱管的結論。從2005年開始應用于國內制酸工業,取代原有了空心環管殼式換熱器。     2、螺旋折流板換熱器     傳統的管殼式換熱器大多采用弓形折流板支撐,但是這種結構易出現隔板與管壁相連處產生流動死區的問題,導致換熱系數下降,流動阻力增大,并且易誘導管子振動,破壞管子與管板連接。     為了改善傳統管殼式換熱器殼程流動情況,20世紀90年代出現了螺旋折流板換熱器。其殼程支撐結構采用一系列扇形平板(稱為螺旋折流板),形成近似的螺旋面,流體在殼側內產生連續的螺旋流動。Lutcha等比較全面地研究了螺旋折流板換熱器的傳熱與流阻性能。王玉琴等人通過對螺旋折流板換熱器和傳統的弓形折流板換熱器殼程傳熱和流阻性能研究,發現螺旋折流板換熱器的換熱性能優于弓形折流板換熱器,并且殼程的阻力要小于弓形折流板換熱器。     3、空心環換熱器     空心環式管殼式換熱器是由華南理工大學鄧先和教授研制開發的,采用空心環作為管束間支撐結構,可以大幅度降低因折流引起的輸送功損失,從而充分利用輸送功來提高殼程換熱系數。從1990年第一臺空心環式換熱器投入運行以來,經過二十年的發展,已經在硫酸、石化等行業得到普遍的應用,獲得了巨大的經濟和社會效益。     4、管子自支撐換熱器     管子自支撐的特點是依靠管子自身的突出部位相互支撐,而不需要其他的殼程支撐結構。管子自支撐換熱器中管子排列比較緊湊,單位體積內的換熱面積增大,可以提高殼程流速,并且支撐點干擾流體,增大流體的湍動程度,從而進行強化傳熱。分別是管子自支撐結構的三種形式:刺孔膜片式、螺旋扁管式和變截面管式。     空心環換熱器、旋流網板換熱器和管子自支撐換熱器都屬于縱流式殼程換熱器,采用此類殼程結構的換熱器,殼程流體由傳熱的橫向流動改變為縱向流動,因此被廣泛應用于殼程強化傳熱過程。與傳統的折流板式換熱器相比,縱流式殼程換熱器具有以下優點:(1)應用不同的殼程支撐物,強化殼側流體傳熱,換熱器的總傳熱系數得以提高;(2)很大程度上降低了殼側的流動阻力,降低了輸送功耗;(3)減輕了換熱器的重量,節省了制造成本;(4)防止了流體誘導振動,提高了換熱器的使用安全性;(5)減少了污垢的沉積,使用壽命增長。     三、換熱器的強化傳熱     所謂換熱器傳熱強化或增強傳熱是指通過對影響傳熱的各種因素的分析與計算,采取某些技術措施以提高換熱設備的傳熱量或者在滿足原有傳熱量條件下,使它的體積縮小。換熱器傳熱強化通常使用的手段包括三類:擴展傳熱面積;加大傳熱溫差;提高傳熱系數。     目前在換熱器強化傳熱理論研究及新技術新產品開發方面已進入高層次的探索階段,工業應用結果表明隨著高效傳熱管的不斷涌現新型殼程折流的結構也應隨之不斷變化。不同強化傳熱元件,應有不同的殼程折流結構與之匹配,這樣才能獲得最佳的傳熱效果。隨著理論研究水平的提高,先進測試儀器的應用,新型強化異形管將不斷涌現。對各種新的高效傳熱元件研究的同時,應花大力氣推廣各種高效傳熱技術,努力趕上發達國家的應用水平。   1、管殼式換熱器殼程強化傳熱技術探究     傳統的管殼式換熱器,流體在殼側流動存在著轉折和進出口兩端渦流的影響區,影響了殼程的傳熱系數。管殼式換熱器殼程強化傳熱的途徑主要改變殼程擋板或管間支撐物,以減少或消除殼程流動與傳熱的滯留死區,使傳熱面積得到充分的利用。管殼式換熱器殼程擋板或管束支撐物的發展表現為折流板的改變,其目的是將泵功最大程度用于增強傳熱方面,而不是消耗于管間支撐物。現有的支撐形式有板式支承、桿式支承、空心環支承和管子自支承。     2、管殼式換熱器管程強化傳熱技術探究     換熱器管程強化傳熱就是力求使換熱器在單位時間內,單位傳熱面積傳遞的熱量盡可能增多。各種異形強化管的結構不同,但其強化傳熱機理大同小異,都是通過對管進行各種細微的加工,以期在管子壁面上形成有規律或無規律分布的凸起物,或將管壁本身沿軸向制成波紋狀或螺旋凹肋等等,這些傳熱面上的各種形狀的凸起物,既是無源擾動的促進體,又起斷續地阻斷邊界層發展的作用。     換熱器管程強化的主要方式,一種是改變管子外形或在管外加翅片,即通過管子形狀和表面特性的改變來強化傳熱,如螺紋管、螺旋槽管、外翅片管等強化傳熱管技術;再一種是改變管子外形或在管內加入插入物等。
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