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管壳式换热器布管对换热效率的影响点击：1819 日期：[ 2014-04-26 21:14:17 ] |
| 管壳式换热器布管对换热效率的影响 甘树坤1，崔丽2，谢毛毛3，吕雪飞1 (1．吉林化工学院机电工程学院，吉林吉林132022;2．中国石油吉林石化分公司建修公司，吉林吉林132021;3．苏州中材建设有限公司，江苏昆山215300) 摘要:在管壳式换热器设计中，通常通过分程来提高换热效率，但在分程布管时，各管程的布管比例，对换热器的换热效率有较大的影响，本文通过推导证明了非均匀布管比均匀布管换热效率高的结论． 关键词:管壳式换热器;布管;换热效率 中图分类号:TQ 051文献标志码:A 文章编号:1007-2853(2012)03-0036-03 管壳式换热器在工业生产中有着非常广泛的应用，在当今能源日益紧缺的局面下，如何提高换热器的换热效率对国民经济的发展和能源环境保护有着极其重要的意义，同时也是相关技术研究的热点问题． 换热器换热效率一般与介质的流速、换热器的材料，污垢等因素有关．其中流速越高换热器的换热效率越高，而流速对换热器的污垢的形成也会产生一定的影响．在压降允许的情况下，如何改变换热器的介质在换热器中的流速，对换热器的换热效率有着重要的影响． 1·非均匀布管对管程传热系数的影响 为了改变换热器中介质的流速，通常是通过改变换热器的程数来解决的．但是换热器分程布管时，往往忽略每程换热管数对换热器换热效率的影响．这里以一个四管程的换热器为例说明．按照GB151-1999的规定四管程换热器可以有如下三种分程方式［2］，如图1所示． 为了保证换热器布管尽量对称，图1中(b)每程的换热管数一般设置相等的管数．在图1(a)、(c)两种分程方式中可以设置第1、4程的管数相等，而第2、3程的管程数相等，这样就导致了换热器的各个管程介质的流速产生不同，从而导致了换热器换热效率的变化．下面结合这两种换热器非均匀布管及不同介质情况对换热器的传热系数的影响进行分析． 关于圆形直管强制湍流时的对流传热系数可通过以下方法进行求解［1］． 2·非均匀布管对污垢形成的影响 在换热器应用过程中，污垢的形成将对换热器的换热效率产生比较大的影响．一般情况下在换热器工艺计算中，都会增加一个固定的污垢系数，相对于管壁热阻，污垢所产生的热阻要对传热有很大的影响，对于污垢的形成，艾伯特潘切尔［3］提出了污垢形成的方程(艾伯特潘切尔方程): 式中:r为管侧污垢热阻;t为时间;α为计算常数;Re为雷诺数;E为能量常数;Tf为液膜温度;γ为计算常数;τ为污垢表面的剪切力;ρ为管侧的流体密度;u为管侧的流体流速;f为摩擦系数． 由艾伯特潘切尔方程可知，非均匀布管导致各管程间的物料流速不同，和温度的不均匀变化将会对污垢的形成有较为显著的影响，2009年上海交通大学吕振海、谷波［4］等人通过艾伯特潘切尔方程得到污垢为0的极限流速，并在极限流速下，通过调整管程布管比例，用包迹图模型找到了管壳式换热器的最佳设计点． 3·结论 换热器管程布管对换热效率将产生较大的影响，通过上述分析结果可以得到如下结论． (1)换热器管程非均分布管比均分布管换热效率高，在换热器设计过程中，根据实际设计需要合理选择换热器管程布管比例，将会提高换热效率． (2)非均分布管対换热器内污垢的形成有较大的影响．在极限流速的情况下，可以通过包迹图模型找到最佳的设计点． 参考文献: ［1］王志魁．化工原理［M］．3版．北京:化学工业出版社，2004． ［2］GB 151-1999，管壳式换热器［S］． ［3］W Ebert，C B Panchal．Analysis of Exxon crude-oil，slip-stream coking date//Engineering Foundation Con-ference on fouling Mitigation of Heat Exchangers［J］．california，1995(3):18-23． ［4］吕振海，谷波．污垢的形成及其对管壳式换热器设计的影响［J］．制冷与空调，2009，2(1):28-31． |
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