各种换热器的原理、特点及适用

[ 字号: ] [ 关闭 ] 2009-1-2 9:22:30 来自网络 作者:admin 浏览次数: 发表评论

关键词:换热器 传热

T型翅片管是由光管经过滚轧加工成型的一种高效换热管。其结构特点是在管外表面形成一系列螺旋环状T型隧道。管外介质受热时在隧道中形成一系列的气泡核,由于在隧道腔内处于四周受热状态,气泡核迅速膨大充满内腔,持续受热使气泡内压力快速增大,促使气泡从管表面细缝中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲刷力量,并产生一定的局部负压,使周围较低温度液体涌入T型隧道,形成持续不断的沸腾。这种沸腾方式在单位时间内,单位表面积上带走的热量远远大于光管,因而这种管型具有较高的沸腾传热能力。

2、特 点

⑴传热效果好。在R113工质中T管的沸腾给热系数比光管高1.6-3.3倍。

⑵常规的光管换热器,只有当热介质的温度高于冷介质的沸点或泡点12℃-15℃时 ,冷介质才会起泡沸腾。而T型翅片管换热器只需2℃-4℃的温差,冷介质就可沸腾,且鼓泡细密、连续、快速,形成了与光管相比的独特优势。

⑶以氟利昂11为介质的单管实验表明,T型管沸腾给热系数可达光管的10倍;以液氨为介质的小管束实验结果,总传热系数为光管的2.2倍;C3、C4烃类分离塔的再沸器工业标定表明,低负荷时,T型管总传热系数比光滑管高50%,大负荷时高99%。

⑷较铝多孔表面传热管的价格便宜。

⑸由于隧道内部的气液扰动非常激烈以及气体沿T缝高速喷出,因而无论是 T型槽内部还是管外表面,都不易结垢,这一点保证了设备能长期使用而传热效果不会受到结垢的影响。

二、应用场合

只要壳侧介质比较干净、无固体颗粒、无胶质,均可采用T型翅片管作换热元件,形成T型翅片管式高效换热器,以提高壳侧沸腾传热效果。



二、低螺纹翅片管

一、 原理及特点

1、原 理

低螺纹翅片管是普通换热管经轧制在其外表面形成螺纹翅片的一种高效换热管型,其结构如图所示:

这种管型的强化作用是在管外。对介质的强化作用一方面体现在螺纹翅片增加了换热面积;另一方面是由于壳程介质流经螺纹管表面时,表面螺纹翅片对层流边层产生分割作用,减薄了边界层的厚度。而且表面形成的湍流也较光管强,进一步减薄边界层厚度。综合作用的结果,使该管型具有较高的换热能力。当这种管型用于蒸发时,可以增加单位表面上气泡形成的数量,提高沸腾传热能力;当用于冷凝时,螺纹翅片十分有利于管下端冷凝液的滴落,使液膜减薄,热阻减少,提高冷凝传热效率。

2、特 点

⑴加工成本较低;

⑵适用面广。对壳程介质的蒸发、冷凝、气态流传热、液态流传热均有强化作用;

二、 适用场合

只要壳侧介质比较干净、无腐蚀、不结垢,均可采用低螺纹翅片管作换热元件,形成低螺纹翅片管式高效换热器。



三、空心环支撑菱形翅片管

一、技术原理及特点

⑴ 原 理

空心环支撑菱形翅片管换热器是以菱形翅片管为传热元件,折流板采用空心环式支撑结构形成的一种新型高效换热器。该换热器的菱形翅片管为带有周向非连续三维翅片的高效传热管,其传热强化性能优于带周向连续翅片的螺纹翅片管。当用于冷凝强化传热时,由于其三维翅片的特殊结构造成翅片表面液膜的表面张力分布不均—根部大,顶部小,液膜被拉向根部,使三维翅片表面的液膜厚度大幅度的减薄,热阻减小,使汽态介质和管外壁的换热能力增强,从而提高换热效果。当用于对流传热强化时,由于其翅片的非连续性,可对流体传热边界层产生周期性的破坏,使翅片表面传热边界层厚度有效减薄,降低边界滞留底层的传热阻力,提高换热效果。另外,该换热器的折流板可采用空心环作为支撑元件。空心环管支撑方式将支撑板的管桥变成壳程介质的流通通道,变普通的横向折流为纵向流,这种流动方式流体的形体阻力非常小,可使绝大部分流体的压降作用在强化传热管的粗糙传热界面上,用于促进界面上的对流传热,可充分发挥强化管的传热强化作用,及有效地避免了各类壳程支撑物对流体形体阻力的不利影响,在低流阻条件下获得高的传热性能。

⑵ 特 点

1、较光滑管比,其表面膜传热系数或对流膜传热系数提高1-3倍;

2、用空心环作为支撑,可大大降低壳程的流阻;

3、造价一般不超过完成同样热负荷的光管换热器。尤其在扩产改造中,往往只须更换管束便可满足处理量增加20-30%的新工况,设备基础、配管均无须改动。

4、消除了横向折流的死区,减少积垢,提高了使用寿命;

5、壳程介质纵向流动,减少了管子振动,有效地降低了因管束振动引起的换热管早期破坏;

二、应用范围

采用碳钢材料制造的菱形翅片管,可广泛应用于石油、化工、动力等行业的各种壳程有冷凝相变或壳程以对流传热为主的各类液-液,气-液,气-气换热器。只要壳侧介质比较干净、无固体颗粒、无胶质,均可采用菱形翅片换热器,或以菱形翅片管换热器替代光管换热器,提高传热效率。

三、规格型号

在满足菱形翅片管使用工况要求的前提下,各种规格、形式的普通换热器均可采用菱形翅片管作为换热元件,以空心环支撑板作支撑组件,从而形成空心环支撑菱形翅片管式高效换热器

四、空心环支撑缩放管

一、原理及特点

1、原理

空心环支撑缩放管换热器是以缩放管为传热元件,折流板采用空心环式支撑结构形成的一种新型高效换热器。该换热器的缩放管经轧制而成,轧制后在管的轴向形成了有规律的扩张段和收缩段。与光滑管相比,在轴向流场方向,流体局部(缩段或放段)的流速和压力形成周期性变化,使横向湍动增强,因而可以在较小的Re数下进入湍流状态(湍流状态下,同一介质间的热交换能力增强,介质均温性增加,换热管两侧表面介质温差加大,使换热速度加快。);另外,在每一波节的转换处,由于流体速度和方向发生改变因而形成局部湍流,减少了边界滞留底层的厚度,增大了膜传热系数,提高了换热能力。空心环管支撑方式将支撑板的管桥变成壳程介质的流通通道,变普通的横向折流为纵向流,这种流动方式,流体的形体阻力非常小,可使绝大部分流体的压降作用在强化传热管的粗糙传热界面上,用于促进界面上的对流传热,可充分发挥强化管的传热强化作用,及有效地避免了各类壳程支撑物对流体形体阻力的不利影响,在低流阻条件下获得高的传热性能。

2、特点

⑴管程和壳程可同时强化传热

⑵壳程流阻小。与光滑管相比,在提高整体传热能力30%-50%以上时,壳侧压降仅为光滑管的50%-80%。

⑶除了横向折流的死区,减少积垢,提高了使用寿命。

⑷程介质纵向流动减少了管子振动,有效地减少了因管束振动引起的换热管早期破坏。

⑸缩放管的特定形状,在波节的过渡处形成的局部湍流区对此处的换热表面有一定的冲刷作用,因而具有良好的抗垢功能。

⑹与其它强化管对介质有佷严的洁净要求相比,缩放管允许流体当中含有一定量的杂质,因而适用介质的范围更宽。扩产改造中,往往只需更换管束,便可满足处理量增加20%-30%的新工况,设备基础,配管均无需改动

二.适用场合

除蒸发和冷凝强化作用不明显外,其它各种形式的换热器均可采用空心支撑缩放管这种结构进行强化传热。

三.规格型号

各种规格、形式的普通换热器均可采用缩放管做换热元件,以空心环支撑板做支撑组件,形成空心环支撑缩放管式高效换热器。

五、铝多孔表面传热管

一、原理及特点

1、原理

铝多孔表面传热管是利用金属热喷涂技术,采用含有造孔剂的铝基粉末,在普通光管的表面制备一层铝多孔涂层。该涂层在传热介质沸腾阶段,涂层中的大量微孔变成为汽泡形成的核心,由于微孔内的汽泡处于四周受热状态,气泡核迅速膨大充满内腔,持续受热使气泡内压力快速增大,促使气泡从管表面细缝中急速喷出。气泡喷出时带有较大的冲刷力量,并产生一定的局部负压,使周围较低温度液体涌入微孔内,形成持续不断的沸腾。这种沸腾方式在单位时间内,单位表面积上带走的热量远远大于光管,因而这种管型具有较高的沸腾传热能力。

2、特点

⑴传热系数高。当热负荷铝g=2.5-3万大卡/米时,铝多孔表面的沸腾给热系数约为光滑表面的6-7倍。

⑵很小的温差下维持沸腾(0.6-0.7℃),从而大大减少传热的不可逆损失。

⑶价格合理。同类产品,其价格仅为进口产品价格的1/4左右。

二、应用范围

化工生产中,工况为管外传热介质有沸腾相变,管内介质有全部或部分冷凝相变,并且管外介质不结垢,对铝涂层不腐蚀,在这种场合下使用的各种换热器中的传热管均可采用铝多孔表面传热管作传热元件。

六、螺 旋 槽 管

一、原理及特点

1、原 理

螺旋槽管,就是普通换热管经轧制或用其它加工方法在其内外表面形成螺旋槽道的一种高效换热管形。流体在管内流动时受螺旋槽纹的引导,靠近壁面的部分流体顺槽旋转;另一部分流体顺壁面沿轴向流动时,螺旋形的凸起也使流体产生周期性的扰动。前一种作用有利于减薄流体边界层;后一种作用引起边界层中流体质的扰动,因而可以加快壁面至流体主体的热量传递。两种作用综合作用的结果,使管内换热效果得到加强。管外的强化传热主要体现在冷凝过程,当壳程有冷凝相变时,螺旋槽成为排泄凝液的通道,可使凹槽两边的冷凝液膜减薄,从而减少热阻,提高冷凝给热系数。

2、特 点

⑴管内管外可同时强化传热。

⑵加工成本低

⑶适用面广。对管内外介质的蒸发、冷凝、气态流传热、液态流传热均有强化作用;

二、适用范围

适用于管外冷凝、管内为液态流或气态流的换热场合。

七、螺旋折流板

一、原理及特点

1、原 理

螺旋折流板换热器就是用连续螺旋状的支撑板支持换热管,使壳程介质从壳程入口进入时,沿螺旋板形成的螺旋通道斜向前进,将传统的横向折流方式变成纵向螺旋折流方式,在降低壳程阻力的同时,大大强化传热效果。

2、特点

⑴介质在壳体内连续平稳螺旋流动,避免了横向折流产生的严重压力损失,因而具有压降低的特点。

⑵弓形折流板比,在同样的压降下,可大幅度提高壳程介质的流速,从而提高Re,使介质传热能力增大。

⑶于壳程介质螺旋前进,因而在径向截面上产生速度梯度,形成径向湍流,使换热管表面滞留底层减薄,有利于提高膜传热系数。

⑷横向折流方式比,不存在死区,在提高换热系数的同时,减少污垢沉积,热阻稳定,可使换热器一直处于高效运行状态。

⑸旋折流板对换热管的约束要强于弓形折流板,减少了管束振动,延长设备的运行寿命。

⑹程做冷凝换热时,螺旋折流板可以起到对冷凝后的液体引流作用,减少了冷凝液体对下排管覆盖,从而提高换热效果。

⑺种换热器和普通换热器的区别仅在于壳程折流板的结构,管束外观形状、管束和壳体的配合尺寸都不变,在检修当中完全可以用螺旋折流板芯子替换弓形折流板式芯子,以提高换热效果。

二、应用范围

除管外蒸发的换热场合,螺旋折流板式换热器不适用外,其它各种场合均适合这种换热器的使用。

三、规格型号

各种规格形式的普通换热器均可采用螺旋折流板作支撑,形成螺旋折流板式换热器。


八、旋流高效管壳式换热器

一、原理及特点

⑴ 原 理

旋流高效换热器,是以传统管壳式换热器为基础,采用螺旋扭曲椭圆形截面换热管为换热元件,并设计了多种特殊结构的挡流支撑组件替代常规管壳式换热器的折流板,其它结构均采用常规管壳式换热器的零部件。在旋流高效换热器中,壳程物流在挡板支撑组件的作用下,在壳程中主要作纵向流动,壳程物流通道横截面沿管束纵向周期性地发生变化,使壳程物流在沿螺旋扭曲的换热管外壁纵向流动的同时,产生复杂的以旋转和周期性的物流分离与混合为主要特点的强扰动;螺旋扭曲椭圆形截面换热管内的螺旋椭形通道使管程物流产生以纵向旋转和二次旋流为主要特点的强扰动。这种结构使管程物流和壳程物流均产生以旋转为主要特征的复杂流动,获得较强的旋转扰动,从而较大强度地强化了传热过程。

⑵ 特 点

①管程和壳程可同时强化加热。

②强化传热效果好,壳程流阻较小。旋流高效换热器的总换热系数一般可提高30﹪以上。

③使用寿命长。由于旋流高效换热器壳程物流基本上为纵向流动,明显的减少了管束的震动,大大降低了由于管束震动而造成的换热管破裂等失效的可能性;同时也有效的消除了壳程物流横向流动的“死区”,降低了积垢速率,从而延长了换热器的使用寿命。

二、适用场合

⑴管内管外均需强化传热的场合

⑵流速较低,粘度较大的介质

三、规格型号

各种规格、形式的普通管壳式换热器均可采用扭曲管作为换热元件,从而形成旋流高效管壳式换热器。

 



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