螺纹管管壳式换热器的设计计算方法日永野雅敏序言目前,装有翅片管的管壳式换热器已在石油炼制、石油化工等装置中广泛应用。最近,为适应节省能源的需要,更指望通过换热器来提高热回收率。装有翅片管的管壳式换热器,由于单位容积的热交换量大,因此可以预料,今后在热回收中将大量使用,而且,把原有光管式管壳换热器改装成翅片管结构的事例也会不断多起来。翅片管有纵向翅片、横向翅片和突起式翅片等型式,在管壳式换热器中使用最多的还是横向低翅片管“。本文介绍这种螺纹管管壳式换热器的设计计算方法,并与光管时的情况作一比较。结构与规格现今,日本生产螺纹管的厂家有古河电工、日木建铁等,厂家不同其规格稍有差别,表所列,即为市场上出售的螺纹管规格尺寸的一例,图所示为其结构形状。表螺纹管的规格尺寸洲了节淤污箭详茸万⋯一一管外表面积外表面积比表面积比能用。米米螺纹翅部分管端部分处亘内面的材料碳钢、铜、铝合金、铜镍合金、海军黄铜、镍除螺纹翅圈数用材之外,还有不锈钢牟我国一般称为轧制螺纹管,因此本义以’下均译作螺纹管一一译者注一一引俐一——·—司它表面张刀图螺纹管的结构图壳程冷凝液的传热效率由于光管的尺寸相当于螺纹管管端部分的尺寸,因此,根据表中“外表面积比”这一栏的数据就可以清楚看出,螺纹管的外表面积是光管的一倍。适用范围及特点对采用了螺纹管的管壳式换热器,必须注意以下事项壳程热阻界膜传热系数污垢系数如果为管程热阻的大约倍以上时,在价格上用翅片管比用光管有利。此数值是一个大致的标淮,在下述第节中还要举例说明。可以说明,用螺纹管以后,污垢对传热的影响比光管还小,在一般污垢条件下,螺纹翅片部分决不会发生堵塞,即使在减压塔重柴油、渣油这样一些污垢严重的场合,一也能使用。如壳程走腐蚀性流体,由于螺纹翅部分易受侵蚀,因此应尽量避免使用螺纹管。对冷凝器,如果壳程流体的表面张力较大,如图所示,则螺纹翅部分就会被液体淹盖,使传热外表面积减小,因而不能达到预期的传热性能。以下为采用螺纹管的换热器的特点①如对结构相同的换热器比较其用螺纹管与用光管时的性能,则螺纹管在管内侧的界膜传热系数与压力降较大,在壳侧反而较小。这种现象从表中“管端部分”和“螺纹翅部分”的尺寸也能定性的看出来。②螺纹管与光管相比,其管子与折流板之间的间隙要大一些,因此对壳体内可能发生管子振动的地方,要象图所示那样设置中间档圈,以防止振动。图中间档圈设计方法下面,介绍螺纹管管壳式换热器的传热及压力降的计算方法,同时与光管进行比较。本文讨论的换热器所通过的流体,不论是管程还是壳程都限定为单相的液体或气体。传热基本公式传热基本公式为一一了式中—传热量,千卡小时—有效传热而积,米“—总传热系数,千卡米·小时。‘℃—有效温度差,“。其中总传热系数为、。、,。十一二屯十‘少〔一。一口‘一”’‘式中。—壳程界膜传热系数,千卡米“·小时·。—管程界膜传热系数,千卡米“小时·。。—壳程污垢系数,米“·小时·。千卡—管程污垢系数,米“·小时·℃千卡—管金属热阻,米“·小时·℃千’卡「—螺纹翅的热阻,米·小时·℃千一卜。—管外表面积,米“,—管内表面积,米“。由表所列表面积之比。为例。对外径毫米,壁厚毫米的光管,其二。,而对螺纹翅圈数为的螺纹管来说,其。。可以说,螺纹管的壳程污垢比光管要小,但是污垢系数。、通常还是采用与光管相同的值。界膜传热系数管内界膜传热系数紊流状态下管内流体的一般界膜传热系数为式中—流体的平均导热系数,千卡米·小时·℃,—管子内径,米—雷诺数—普兰得数“—平均温度的流体粘度,厘泊科、—管壁温度的流体粘度,厘泊。根据公式,如果分别假设螺纹管和光管的界膜传热系数为翅和,光,则可得到如下近似关系式,又翅又光不一‘,和如图或表所示,即分别为光管和螺纹管的内径。对层流状态,也可根据同样的方法得到如下关系式、,八’一‘妇习今,“兰立’·“’一、’目’壳程界膜传热系数。如图所示,壳程的流动型式为一,各类流动型式流量的大小由压力平衡来决定。为了得到压力的平衡,必须进行复杂的猜算,因此,本文仅着眼于与管束横切的部分流,从而近似地得到下式图壳程流体的流动型式管子与折...
