高效换热器
新闻动态
管壳式换热器传热强化的研究与开发点击：1894 日期：[ 2014-04-26 22:14:17 ] |
| 管壳式换热器传热强化的研究与开发 1.肖峰 1.时晓锐 2.杜拴 3.刘玉英 (1.中石油海洋工程有限公司辽河事业部,辽宁兴隆台124010;2.中原油田采油六厂,山东荷泽247511;3.辽宁石油化工大学机械系,辽宁抚顺113001) 摘要：管壳式换热器在石油化工行业中广泛使用。由于工业的发展,很多换热器已不能满足需要。本文通过壳程和管程两方面进行强化传热,来研究与开发新型高效换热器。 关键词：弓形折流板换热器 螺旋折流板换热器 螺旋槽纹管 弓形折流板换热器是使用最普遍的一种传统的管壳式换热器。随着工业的发展,工业设备对热负荷的要求越来越大,要求消耗的泵功也越来越小。如对现有设备进行改进,由于空间的限制,无法安装更多的换热器;或者,泵的能力在最初安装时已确定,没有留足够的余量[1]。因此,要满足工业生产的需要,必须对现有的换热器进行研究与开发。 1管壳式换热器的研究与开发 1.1 管壳式换热器壳程的研究与开发 改变弓形折流板布置方式的角度,将折流板布置成近似螺旋面,使壳程流体实现连续的螺旋状流动(称为螺旋折流板换热器),以实现有效地降低壳程流动阻力和强化传热的目的[2、3]。 本实验采用的螺旋折流板换热器是一个蜾距由4块扇形板连续搭接、单螺旋流道结构。 1.2 管壳式换热器管程的研究与开发 改变传热面的形状,将螺旋折流板换热器的换热管改为螺旋槽纹管、缩放管、横纹管等(如图1～3所示),通过扩大传热面积强化管程传热[4]。 2 实验研究 2.1 实验设备 试验在换热器性能综合测试实验台上进行。试验件为卧式管壳式换热器,27°、40°螺旋折流板换热器和相对应的弓形折流板换热器芯组,螺旋槽纹管螺旋折流板换热器芯组都是由44根两管程长2498ｍｍ,Φ19ｍｍ×2 0ｍｍ换热管正方形排成,管程走水,流量恒为18ｍ3/ｈ;壳程走油,流量可调。 2.2 实验流程 装置主要包括2个回路、4个部分。2个回路为:换热系统的管程部分和壳程。冷流体走管程,热流体走壳程。实验时测试水—油换热实验。4个部分包括:①冷水的储罐②热水的储罐及加热系统;③热油的储罐及加热部分;④循环动力系统;实验流程图见图4。 根据以上数据,绘出壳程总传热系数—流量关系图,见图5所示。 3 结论与分析 从图7可以看出:①螺旋折流板换热器比弓形折流板换热器换热效果好。27°螺旋折流板换热器比相对应的弓形折流板换热器壳程传热系数提高60 31%以折流板换热器壳程传热系数提高93 31%以上。因为在弓形折流板结构下,流体流过每一块折流板都会产生返混流,且滞止区内流体返混情况更加严重,因而传热温差较低;由于制造公差的存在在及安装要求,管束与壳体存在一定的缝隙,使壳程存在较大的旁路流动,即壳体壁面附近的切向流动,折流板与壳体壁面之间及换热管与折流板之间存在漏流,旁流及漏流降低了有效的横掠管束的质量流速,故减小了壳程的换热效率。而在螺旋折流板结构下,螺旋流动产生作用在流体上的离心力,在离心力的作用下周期的改变速度方向,从而加强了流体纵向混和;另外涡流产生的2次流动强烈冲刷增强了换热;落旋流动的流体斜向冲刷管束,使速度边界层变得很薄,使换热系数大大增大;螺旋流动和径向2次流动的叠加,使湍流度大幅增强,从而增强换热。②螺旋槽纹管螺旋折流板换热器比螺旋折流板换热器换热效果好,螺旋槽纹管传热性能较光管提高2～4倍。当200<Ｒｅ<上,40°螺旋折流板换热器比相对应的弓形1500时,提高传热效率2 0～22倍。管内传热强化主要有两种流动方式起决定作用:一是螺旋槽近壁处流动的限制作用,使管内流体做整体螺旋运动来产生2次流动;二是螺旋槽所导致的形体阻力,产生逆向压力梯度使边界层分离。所以螺旋槽纹管具有双面强化传热的作用。 4 建议 螺旋折流板换热器可以由单壳程改为双壳程.如图6所示: 双壳程螺旋折流板换热器的壳程分割靠一个和壳体同心,截面积为壳体1/2的焊接圆筒完成。纵向两壳程间泄漏为零,换热介质首先沿内筒完成第一个壳程的换热,然后流到浮头返回筒外侧进入第二个壳程,最后在管箱侧从出口接管流出。这种换热器比单壳程流通截面积减小了1/2。可以在不失掉最佳倾斜角的情况下,得到了宝贵的高流速,确保螺旋折流板换热器在传热、压降、抗结垢及抗振动等方面的优势。 目前,世界各国在换热器强化传热理论研究和新技术新产品开发方面已进入高层次的探索阶段,新型强化传热元件不断涌现。我们应该重视专家系统在换热器优化选型中的应用,重视节省金属材料、降低成本,以获得较高的经济效益。 参考文献 [1] 宋小平.石油化工设备技术,2002,23(1):18～21 [2]王秋旺.西安交通大学学报,2004,38(9):881～884 [3]王素华.石油化工高等学校学报,2001,14(1):64～67[4]文书起.化工机械,2004,31(4):249～253 |
| 上一篇：螺旋折流板换热器壳侧结构改进及模拟研究 | 下一篇：轻柴油换热器腐蚀原因分析及控制方法 |