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新型花板式换热器点击：1815 日期：[ 2014-04-26 21:39:21 ] |
| 新型花板式换热器 蓝月华 （茂名市茂港电力设备厂有限公司，广东茂名525000） 摘要：为了克服传统的壳式换热器的折流板壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大和易结垢的缺点，研制出一种新型的花板式换热器，其壳程流体的流动方式为纵向冲刷换热管，具有壳程阻力较小、换热器内管子振动小、噪声小等特点。 关键词：花板式换热器；传热；阻力；振动；综合效益 中图分类号：TQ051.5文献标识码：B文章编号：1672-545X（2010）11-0119-02 传统的管壳式换热器为折流板式结构，一般壳程设置若干块折流板，使流体在壳程反复换向垂直冲刷换热管束，以增大流体的流速和湍动，来提高壳程的传热效果。 1·折流板式结构管壳式换热器的缺点 这种折流板换热器正因为壳程流体横向冲刷管束，并不断改变流向，导致其存在以下致命缺点： （1）在壳侧存在流动死区和漏流死区使有效传热面积减少25%～30%； （2）横向冲刷管束会诱发换热管产生振动，这种诱导振动是引起换热管破裂和管板泄漏的主要原因，从而使整台换热器的寿命大大缩短； （3）流动阻力大，折流板少时阻力小，但换热管固有频率低，防振能力差，传热系数K值也大大降低，折流板增多则阻力增大； （4）流体中的污垢容易沉积在换热管表面，K值下降，传热效果变差。 针对这种情况，茂名市茂港电力设备厂有限公司与华中科技大学、广东海洋大学一起，研究出一种流动阻力小、热交换效率高的管壳式换热器———花板式换热器（图1）。 2·花板式换热器的结构与技术特点 花板式换热器包括壳体、封盖、管束以及封盖上的管程进出口和壳体上的壳程进出口，在壳程里依次布设有外径与壳体内径相应的花板，花板与管束流向垂直，每块花板开有若干个圆孔，花板有2组，每组由相间的花板组成，其中一组的每块花板上两两相邻的3个圆孔呈等边三角形布设，另一组的每块花板的圆孔沿管束方向的投影，正好落在呈等边三角形布设的3个圆孔的中心。花板上的每个圆孔大小相同，投影刚好可覆盖花板上两两相邻的3个管孔。两两相邻的3个圆孔呈等边三角形布设在花板上，相邻两个圆孔之间的中心距为圆孔孔径的2.5～3倍。 花板式换热器由于采用开有通孔的花板来代替传统折流板，通过不同花板组合来控制壳程流体的流动，具有以下技术特点： （1）每块花板的开孔位置及相邻花板的开孔位置和开孔的大小得到了优化； （2）变一股流为多股流，流体纵向流过管束，流动阻力小，防止了流体诱导振动； （3）不断改变流体的流动方向和流动速度，产生混合流，大大减少流动死区和漏流死区，提高有效传热面积； （4）变均匀流场为不均匀流场，使流体内部也发生热交换，提高热交换效率； （5）加工简单、结构紧凑。 3·具体实施方式 参照图1、图2，花板式换热器包括壳体1、封盖7、管束2以及封盖7上的管程进出口（6、4）和壳体上的壳程进出口（8、5），在壳程里依次布设有外径与壳体1内径相应的花板3，花板3与管束2流向垂直，每块花板3开有若干个圆孔9，花板3有两组，每组由相间的花板3组成，其中一组的每块花板3上两两相邻的3个圆孔9呈等边三角形布设，另一组的每块花板3的圆孔9沿管束方向的投影，正好落在呈等边三角形布设的3个圆孔9的中心（见图3）。 花板3上的每个圆孔9大小相同，投影刚好可覆盖花板3上两两相邻的3个管孔10，使圆孔9的大小，满足流体的流速所需，减少流体的流动阻力。 相邻3个圆孔9呈等边三角形布设在花板3上，相邻两个圆孔之间的中心距为圆孔9孔径的2.8倍，这样每块花板3的圆孔9位置错开，且可保证管束2中通过圆孔9的每根管子，都可由前后花板中的管孔10固定，减少管束2振动。这样来组织壳程流体流动，可不断改变流体的流动方向和流动速度，产生混合流，提高热交换效率。 4·两种换热器的比较 花板式换热器中，壳程流体的流动方式与单弓形折流板换热器不同，壳程流体属纵向冲刷换热管，具有纵向冲刷换热管壳程阻力较小、换热器内管子振动噪声小的特点，由于花板旋转，使得流体冲刷换热管时呈现错流形式，克服纵单弓形折流板换热存在换热“死区”的缺点。单弓形折流板在实验测试范围的低流速段的总传热系数K，高于花板式换热器的K；但在验测试范围的高流速时，花板式换热器K的提高，比折流板换热性能的提高更多。在验测试范围的高流速段时，相同雷诺数花板的传热系数K，已接近或超过折流板的换热系数。壳程压力降与壳程流速有关，与管程流速无关，花板的壳程压力降为折流板的70%～80%，这是由于花板式换热器壳程流体等效的流通面积大于折流板壳程流体等效的流通面积。因此，当提高壳程雷诺数时，单弓形折流板换热器壳侧压力损失的增加，大于花板式换热器壳侧压力损失的增加。实验时还观察到花板式换热器内管子振动噪声比折流板换热器的小。花板式换热器与传统折流板式换热器相比，在同等条件下，传热系数提高30%～50%，有效传热面积增加20%～30%，流动阻力减小20%～30%。花板式换热器可广泛用于化工、电力等领域。 5·结束语 花板式换热器在相同泵功率的情况下，可提高壳程流速，壳程数的增加，为提高膜传热系数成为可能。花板是交错式排列，使得介质流形成错流，换热管表面产生湍流，使边界层减薄，有利于提高壳程膜传热系数。实验中注意到花板式换热器的振动噪声，小于折流板换热器。花板式换热器最大的优点，是结构简单、换热器制造成本降低。在相同的雷诺数下，花板的压降仅为单弓形折流板的70%～80%。以单弓形折流板换热器为参照时，花板式换热器综合效益为110%～140%，是值得推广使用的一种换热器。 参考文献： [1]钱颂文.管壳式换热器设计原理[M].广州：华南理工大学出版社，1990. [2]朱聘冠.换热器原理及计算[M].北京：清华大学出版社，1987. [3]刘巍.冷换设备工艺计算手册[M].北京：中国石化出版社，2003. |
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