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螺旋隔板花瓣管換熱器在石化行業中的應用

點擊:1533 日期:[ 2014-04-26 22:43:01 ]
張正國,高學農, 陳清林, 方曉明,林培森 摘要: 對新開發成功的專利產品螺旋隔板花瓣管換熱器在石化行業中的應用進行了介紹。該新型換熱器能顯著提高潤滑油冷卻器、空氣冷卻器和混合蒸氣冷凝器的傳熱效能。關鍵詞:換熱器;強化傳熱     以水作為冷卻介質的殼管式潤滑油冷卻器、空氣(N2 , CO2 等氣體) 冷卻器及混合工質蒸氣冷凝器是石化行業中常見的幾類換熱器形式, 通常將冷卻水設計為在換熱器的管內流動。從傳熱學的角度來看,管內水的對流傳熱系數遠較潤滑油、空氣的對流傳熱系數和混合蒸氣的冷凝傳熱系數高, 因而, 傳熱阻力主要來自換熱器的殼程, 如何提高殼程的傳熱系數是開發高效能換熱器的技術關鍵。 1 螺旋隔板花瓣管換熱器的開發     針對潤滑油、空氣的對流傳熱和混合蒸氣的冷凝傳熱的特點, 華南理工大學教育部傳熱與節能開放研究實驗室于1993 年成功地開發出了具有特殊三維翅片結構的花瓣管, 并且獲得國家專利[1 ] 。大量研究結果表明,花瓣管能顯著強化潤滑油、空氣的對流傳熱和混合蒸氣的冷凝傳熱[2 ,3 ,4 ] ,其強化傳熱效能明顯優于目前國內外所采用的其它類型的強化傳熱管。     殼程傳熱系數的提高除采用高效強化傳熱管外,還必須采用合適的管間支撐結構,通過支撐結構的改變,來改變殼程流體的流動形態,以達到將殼程壓降有效地轉化為傳熱系數的提高的目的。近年來, 螺旋隔板換熱器因具有如下優點而倍受關注[5 ] : (1) 殼程流道長且流體流動平滑,旁路流、泄漏流和返混的影響小, 從而提高了殼程的傳熱系數并降低了壓降, 殼程污垢也少; (2) 能有效地防止殼程流體在高流速下激發的振動。     結合花瓣管的強化傳熱優勢和螺旋隔板的優點, 本單位于1999 年又開發出了螺旋隔板花瓣管換熱器,也獲得國家專利[6 ] 。 2 螺旋隔板花瓣管換熱器在石化行業中的應用 2. 1 潤滑油冷卻器的傳熱強化     1999 年4 月, 根據本單位與日本神威產業株式會社(具有40 多年專業生產油冷卻器的廠家)達成的技術合作協議, 本文作者攜帶本單位開發成功的螺旋隔板花瓣管潤滑油冷卻器(按日方提供的外型尺寸設計、制造) 去日本, 與日本神威產業株式會社的潤滑油冷卻器進行了現場實驗對比。實驗結果表明, 在相同的殼程潤滑油體積流量下, 螺旋隔板花瓣管潤滑油冷卻器的總傳熱系數比日方產品的高10 %以上, 而壓降卻低46 %左右, 同時金屬銅管的質量也減小了35 % , 綜合效能顯著高于日方產品。在殼程壓降為0. 1MPa 以下時, 螺旋隔板花瓣管潤滑油冷卻器的總傳熱系數高達3 200 W/ (m2 ·k) 。而據文獻[ 7]報道,目前國內潤滑油冷卻器在相同壓降下, 總傳熱系數不超過1 000 W/ (m2 ·k) 。 2. 2 空氣冷卻器的傳熱強化     對螺旋隔板花瓣管空氣冷卻器的傳熱強化也進行了研究, 并與板式換熱器進行了實驗對比。結果表明,在相同空氣體積流量下,螺旋隔板花瓣管換熱器的總傳熱系數為板式換熱器的2~3 倍,而其壓降比板式換熱器低50 %~60 %[8 ] 。在殼程空氣壓降為0. 05 MPa 以下時, 螺旋隔板花瓣管空氣冷卻器的總傳熱系數可達1 000 W/ (m2 ·k) 左右。在相同壓降下, 國內普通弓形隔板光滑管空氣冷卻器總傳熱系數不超過300 W/ (m2 ·k) [9 ] 。因而, 螺旋隔板花瓣管空氣冷卻器的總傳熱系數至少是普通弓形隔板光滑管空氣冷卻器總傳熱系數的3 倍以上。 2. 3 混合介質蒸氣冷凝器的傳熱強化     目前, 對于混合介質蒸氣冷凝器的研究工作正在開展之中, 尚無傳熱強化的實驗數據。但從前期的研究工作來看, 螺旋隔板花瓣管換熱器也能很好地強化混合蒸氣的冷凝傳熱。非共沸混合工質的冷凝傳熱實驗研究結果表明, 在相同熱負荷條件下, 花瓣管(單管和管束) 外的冷凝傳熱系數可為光滑管的3~5 倍[10 ] ,而國外目前所采用的二維翅片結構的強化管, 其冷凝傳熱系數不超過光滑管的3 倍[11 ] , 因而, 具有特殊三維翅片結構的花瓣管, 其強化非共沸混合工質的冷凝傳熱效果居國際領先水平。通過花瓣管與螺旋隔板的搭配構成的冷凝器, 其強化冷凝傳熱效能會進一步提高,在石化行業中作為塔頂冷凝器,具有非常廣闊的應用前景。 3 結束語     采用強化傳熱技術來提高石化行業管殼式換熱器的傳熱效能, 是石化行業實現節能和提高經濟效益的重要舉措; 螺旋隔板花瓣換熱器具有很高的強化傳熱效能, 可應用于石油化工行業的潤滑油冷卻器、空氣(N2 、CO2 等氣體) 冷卻器和塔頂冷凝器。    
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