[收稿日期]2000-01-12管壳式换热器技术进展赵国辉1,隋军2(1-大庆石化总厂,黑龙江大庆163711;2-大连理工大学,辽宁大连116012)[摘要]介绍了管壳式换热器在多个方面的技术进展情况:管子的强化,折流板及支撑物,管内插件技术。认为提高传热系数,降低流体压降,增加传热面积等,是管壳式换热器的技术发展方向。[关键词]管壳式换热器;技术进展[中图分类号]TQ051.5[文献标识码]A[文章编号]1006-7906(2000)04-0012-031引言换热设备在化工过程中起着至关重要的作用,其投资费用一般占全部设备投资的40%左右,而且,它的行为也关系着全厂的正常运行和操作费用。旧厂改造的许多工作是围绕换热设备的优化进行的,一方面,过程系统工程致力于换热网络的优化综合;另一方面,机械工程师们在寻找换热器强化传热技术的具体手段。虽然样式繁多的换热器很大程度上拓宽了人们的选择范围,但管壳式这一传统的换热设备在化工生产中仍占据着主要地位,在高温高压或有腐蚀性介质的作业中更能显示其优势。管壳式换热器由一些直径较小的圆管加上管板组成管束,外套一个外壳而构成。其特点是结构简单,易于加工、清洗,选材及应用范围广,处理量大。以上优点使其成为传统换热器的标准设备。但在追求高效传热的今天,传统的管壳式换热器单位体积的传热面积较低,传热系数不高,难以满足生产要求,因而,换热器强化传热技术的研究越来越得到重视。所谓换热器强化传热技术就是使换热器在单位时间、单位传热面积传递的热量尽可能多。长期以来,国内外对此进行了大量研究。2管子的强化为了提高管壳式换热器换热性能,一方面要提高单位体积的传热面积,另一方面要提高综合传热系数,即进行强化传热。为提高单位体积的传热面积,采用减小管径,增加管数的办法是不可取的,一般认为,大型换热器管径不会小于6mm。为提高传热系数而采用单纯加大流体流速的手段同样会不尽人意,因为增加流体流速而引起的传热系数的增加率,往往会低于克服摩擦阻力的功耗增加率。因此,管子的强化工作主要集中在异型管的开发方面,表1给出了一些异型管及其结构。此外,还可采用在管内、管外安装翅片等手段对传热管进行强化。表1常用强化管及其结构管型结构特点螺旋槽纹管管壁挤压出单头或多头螺旋槽横纹槽管管壁滚压出与轴线成直角的环状槽纹缩放管由依次交替的收缩段和扩张段组成的波形管道波节管在薄壁无缝管管壁上滚压出与管轴线成直角的环形槽,管壁内侧形成一圈圈突出的圆环旋流管管壁处存在能够诱导流体进行贴壁旋流的螺旋状槽纹和凸肋粗糙表面管利用机械加工、烧结、电化学腐蚀及表面镀层等手段,增加表面粗糙度或形成双层表面螺旋扁管由圆管轧制或椭圆管扭曲成具有一定导程的螺旋扁管,管间靠相邻管长轴处的点接触支撑管子,省掉折流板表1所列强化管在国内外已经有了许多成功的开发和应用实例。例如,上海溶剂厂甲醛蒸汽余热锅炉急冷塔中采用了螺旋槽纹管,使总传热系数提高60%,相同压降条件下,传热面积减小了30%[1];益阳炼油厂、茂名炼油厂等单位采用横纹槽管换热器,总传热系数较光管提高了85%,同等传热量,可节省46%的传热面积[2];缩放管换热器在大庆石·21·化学工业与工程技术2000年第21卷第4期化、金陵石化等单位投入使用,以益阳氮肥厂变换锅炉软水加热器为例,采用缩放管后,换热面积减少了69%[2];波节管换热器在国内也有较广泛的应用[3];北京化工设计院和大连理工大学分别制造出烧结型和腐蚀型粗糙表面多孔管,用于强化沸腾传热,均取得了较好的效果。综观各种不同形状的强化管,可以看出它们有一些共同的特点。各种强化管在兼顾压降的同时,传热面积都有不同程度的增加,并通过两种机理对传热系数进行强化。传热边界层是限制传热系数提高的最主要因素,它产生于靠近管壁的层流底层,并有一个逐渐增厚的过程。管壁的粗糙,以及规则出现的沟槽、凸肋,会破坏贴壁层流状态,抑制边界层的发展。同时,沟槽和凸肋对流体的限流作用有助于边界层的减薄,而扰流作用使流体产生轴向漩涡,可导致边界层分离,流体主体径向温度梯度减小,有助于热量传递的进行。3折流板及支撑物传统管壳式换热器采用单弓形折流板,壳程易产生流动和传热的滞留死区,造成壳程传热系数低,易结垢,流阻大等。同时还易引...
