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螺旋折流板与弓形折流板换热器的性能比较点击：1733 日期：[ 2014-04-26 22:31:59 ] |
| 摘要:针对螺旋折流板换热器的折流板的角度提出了一些改进措施。在自行设计的换热原理试验台上,5#柴油走壳程,水走管程,分别对12°,18°的单螺旋和18°的双螺旋折流板和弓形折流板换热器的阻力和传热性能进行了试验研究。试验结果表明,螺旋折流板阻力只有弓形的30%,此外,在同样的压降下,螺旋折流板传热效率也提高10%。 关键词:换热器;螺旋折流板;压降 换热器即冷热2种流体通过固体器壁进行热交换的设备,广泛应用于化工、石油化工、冶金、制冷等行业。一般来说,换热器约占化工装置工艺设备质量的40%左右。在炼油厂的常压、减压蒸馏装置中,换热器约占建设总投资的20%。在整个化工厂的投资中,换热器约占总投资的11%。个别行业中,换热器的投资几乎占总投资的50%[1—3]。 能否提高换热器的传热效率,提高紧凑性,增强承受高温、高压、超低温以及耐腐蚀能力,降低阻力是当今换热器设计中亟待解决的问题。本文通过螺旋角的改变来提高其传热效率和降低阻力并与弓形折流板换热器相比取得了良好的效果。 1 试验1.1 试验方案1.1.1 试验装置流程(见图1) 1.1.2 试验设备及测试仪表三相异步电动机、清水离心泵、压力表、U型差 压计、高精度玻璃温度计、转子流量计、交流电流表、交流电压表。 1.1.3 试验件参数[4]管内/壳侧流体,冷水/热水;壳体内径252mm;管子规格19mm×2mm;管长2500mm;管子材料10#;管子数目44根;拉杆12mm,Q235;定距管10#,19mm×2mm。壳侧折流板(材质Q235)结构:①普通单弓折流板,折流板间距200mm,弓形圆缺高度63mm,板厚8mm,板数12;②单螺旋折流板,螺旋角12°,螺距375mm;③单螺旋折流板,螺旋角18°,螺距390mm;④双螺旋折流板,螺旋角18°,螺距390mm。 1.2 试验方法及测试过程 根据图1试验装置流程,将试验件(每次安装一种管束)装于试验平台上,在管程和壳程的入口、出口处分别安装4个温度计,分别测取流经管程与壳程的冷热流体的进出口温度,在壳体的进出口装有压力表,用于测量壳程进出口的压力,同时在壳程进出口间装有一U型管差压计,用于测量壳程进出口间的压降。冷回路内,管程流体由水泵提供,管道中并列装有不同量程的转子流量计(测量范围0—50m3/h),流量大小由阀门控制;热回路内,壳程流体由油泵供给,其管道中也装有2个不同量程的流量计(测量范围0—50m3/h),流量大小由阀门控制。热油的温度由电加热器控制。 首先打开电加热器,让热油达到预期的温度,控制电加热器使热流体温度保持不变,启动油泵,调节流量,使管程流体处于充分湍流区即可。本次实验管程流量在13m3/h左右。试验过程中应随时检查使其流量保持不变。本次试验先测阻力性能后测传热性能,在测量阻力性能时,应使水银柱稳定后再读数,如果水银柱一直上下晃动,就取其平均值。测量传热性能时也一样,改变壳程流量后,要让进出口温度稳定后再读数。改变一次流量,要维持一段时间,至少测量3次(本次试验测量了5次)判断冷热流体的换热量,热平衡误差不能超过5%。以下对所测量的试验数据进行处理。 1.3 数据处理 1.3.1 压降处理主要计算公式[4]为Δp=ρgh(1)式中,ρ为水银密度,13600kg/m3;h为U型管压计液面高度差,mm;g为重力加速度,9.8m/s2。本次数据处理根据工程上常用的方法进行换算:1mmHg=133.3Pa,以18°螺旋角管束为例,壳程走热油,管程走冷水。Δp=133.3×h=133.3×56=7470,单位为Pa。1.3.2 传热处理主要计算公式[4]如下:总传热系数K=Q/A·Δtm(2)传热总面积A=πd(L-2δ-0.006)n(3)对数平均温度差Δtm逆=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)(4)Δt1=t3-t2(5)Δt2=t4-t1(6)有效平均温度差Δtm=Δtm逆(7)壳程介质放热速率Qh=qh×cph×(t3-t4)(8)管程介质吸热速率Qc=qh×cpc×(t2-t1)(9)热负荷Q=(Qh+Qc)/2(10)热平衡误差ΔQ=(Qh-Qc)/Qh×100%(11) 式中,d为换热管外径,d=0.019m;L为换热管长度,L=2.498m;n为换热管根数,n=44根;δ为管板厚度,δ=0.040m;qh为热流体质量流量,kg/s;qc为冷流体质量流量,kg/s;cph为热流体比定压热容,J/(kg·℃);cpc为冷流体比定压热容,J/(kg·℃);t3、t4为热流体进口、出口温度,℃;t1,t2为冷流体进口、出口温度,℃;为温度校正系数,=1。 1.4 试验结果分析[5]根据现有的实验条件,对12°单螺旋,18°单螺旋,18°双螺旋的螺旋折流板换热器与弓形折流板换热器分别进行流体力学与传热学实验,并采用5#柴油来确定螺旋折流板阻力与传热性能,进一步体现出螺旋折流板换热器各方面的优势。试验中管程水流量为13m3/h,以达到充分湍流状态,壳程介质流量为4—18m3/h。 1.4.1 阻力性能[5—6]根据数据处理的结果,以壳程流量为横坐标,壳程压力降为纵坐标,如图2所示。从图2明显可以看出,在壳程流量相同时,弓形折流板与不同螺旋角螺旋折流板的阻力有以下关系:①在流量大于6m3/h,弓形折流板阻力远远大于螺旋折流板;②弓形折流板阻力随壳程介质流量递增迅速增加,曲线斜率很大,而各种螺旋角的折流板阻力随壳程介质流量递增较小;③各种不同螺旋角的螺旋折流板阻力比较接近,而且压降随螺旋角的减小而增大。 |
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