折流桿換熱器的設(shè)計(jì)

康麗媛

北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司，北京 100016

折流桿換熱器的設(shè)計(jì)

康麗媛

北京沃利帕森工程技術(shù)有限公司，北京 100016

本文介紹了折流桿換熱器與傳統(tǒng)換熱器相比的特點(diǎn)和應(yīng)用，并對(duì)所設(shè)計(jì)的折流桿換熱器的折流桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，同時(shí)對(duì)折流圈，導(dǎo)流筒結(jié)構(gòu)和管板密封形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和論述。從而為折流板換熱器的設(shè)計(jì)，制造以及研究提供了依據(jù)和指導(dǎo)。

換熱器；折流桿；折流圈；導(dǎo)流筒；設(shè)計(jì)

美國(guó)菲利普公司在上世紀(jì)70年代進(jìn)行開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)研究出來(lái)折流桿換熱器，此換熱器主要目的是用來(lái)解決傳統(tǒng)換熱器中遇到的流體誘導(dǎo)振動(dòng)問(wèn)題。它的特點(diǎn)是抗振動(dòng)性能強(qiáng)，并能消除殼程中的滯留區(qū)，能夠很好地改善殼程流體的速度和溫度的分布[2]。

這種換熱器的主要結(jié)構(gòu)主要是由折流網(wǎng)絡(luò)和換熱管組成的，折流網(wǎng)絡(luò)是由很多個(gè)折流圈相隔一定距離焊接或用普通的定距管固定于拉桿上形成的。而每一個(gè)折流圈又是由很多根折流桿相互平行通過(guò)一定的間距焊接在外環(huán)上形成的。這些折流網(wǎng)絡(luò)和換熱管進(jìn)行熱交換就達(dá)到換熱器的換熱目的。

這種換熱器能夠改善常規(guī)的板式折流板換熱器的流體誘導(dǎo)振動(dòng)。在這種結(jié)構(gòu)中，支撐管子的折流桿與管子幾乎不存在間隙，管束中每根傳熱管的上、下、左、右都得到了可靠的支撐，而且從根本上改變了流體的流動(dòng)狀況，變折流板換熱器的橫向流動(dòng)為平行于管子的軸向流動(dòng)，從而消除了產(chǎn)生液體誘導(dǎo)振動(dòng)的根源，增加了傳熱效率，減小了壓力降。另外折流桿換熱器不易結(jié)垢，流體在經(jīng)過(guò)折流桿時(shí)產(chǎn)生文丘里效應(yīng)對(duì)管壁有強(qiáng)烈的沖刷作用，而且由于平行流動(dòng)，避免了死區(qū)，也使得污垢難以形成。

在某項(xiàng)目中，因傳統(tǒng)的換熱器均不能解決誘導(dǎo)振動(dòng)、傳熱效率和壓降的問(wèn)題，故設(shè)計(jì)一臺(tái)折流桿換熱器，以滿足工藝及節(jié)能減排的需要。

1 設(shè)計(jì)方法

圖1 折流桿換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 折流桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此折流板換熱器的最主要特點(diǎn)是采用了折流板網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為熱交換的載體。這也是與傳統(tǒng)換熱器最主要的區(qū)別。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵也是在于折流板網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造設(shè)計(jì)。

折流板網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是由很多個(gè)折流刪組成的。每一個(gè)折流柵都是由很多根折流板均勻，并且平行的焊接在一個(gè)管圈內(nèi)組成的，我們通常將這個(gè)管圈稱作折流圈。折流桿時(shí)最基本的組成部分，它可以是多種多樣的，如方形，圓形，長(zhǎng)方形等。折流桿組成的折流刪等間距排列成一組，變構(gòu)成折流網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)單元，如圖2（a）所示。為了增加換熱管的穩(wěn)定性，我們將相鄰兩個(gè)折流圈和附帶的折流板相互垂直排列。即其中一個(gè)豎直排列，則另一個(gè)水平排列。這樣也可以使得每一根換熱管在上下左右個(gè)方向得到支撐，如圖2（b）所示。為了增加熱傳導(dǎo)效率，我們將折流柵中相鄰的兩個(gè)折流桿間隔并交錯(cuò)排列，如圖2（c）所示。由此兩種熱交換介質(zhì)中的流體由傳統(tǒng)的垂直于換熱管的橫向流動(dòng)變?yōu)槠叫杏趽Q熱管的軸向流動(dòng)，從而消除了產(chǎn)生誘導(dǎo)振動(dòng)，增加了傳熱效率，減小了壓力降。

圖2 折流桿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

換熱管的中心距減去換熱管直徑便是折流桿直徑，折流桿與換熱管之間沒(méi)有間距。折流板平行焊接在折流圈（環(huán)）上，折流圈平行排列組成折流柵，折流柵一組一組的排列構(gòu)成折流網(wǎng)絡(luò)，這種排列最大的利用了板間的換熱面積，使得熱傳導(dǎo)效率大大提高，同時(shí)也為換熱管提供了牢固的支撐。

1.2 折流圈的設(shè)計(jì)

折流圈一般由圓鋼、方鋼或方條制成。折流圈外徑等于殼體內(nèi)徑減去GB151、TEMA等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的間隙，可參考者流板的直徑選取。此次設(shè)計(jì)的換熱器折流圈用厚板條制。

折流圈用方鋼連接成折流桿網(wǎng)絡(luò)，圈的間距可視具體情況變化。對(duì)于直徑較大的換熱器，除用方鋼將折流圈連接外，還應(yīng)用拉桿定距管固定，這樣設(shè)計(jì)即可方便各折流柵的組裝焊接，也增加了整組折流柵的穩(wěn)定性[1]。

1.3 導(dǎo)流筒的設(shè)置

為克服進(jìn)、出口處管束因流體流速過(guò)高而產(chǎn)生的沖刷磨損應(yīng)設(shè)置外導(dǎo)流筒。外導(dǎo)流筒的引入可在不增加筒體直徑的前提下，有效的加大進(jìn)口管的尺寸，從而降低壓降，增加設(shè)備的效率；同時(shí)，為減小流體停滯區(qū)，提高傳熱效率也應(yīng)設(shè)置外導(dǎo)流筒，從而增加換熱管的有效換熱長(zhǎng)度。在設(shè)計(jì)導(dǎo)流筒時(shí)，應(yīng)保證接管進(jìn)出口流通面積、環(huán)隙流通截面積與殼程流通面積逐級(jí)增加 10%～15%[1]。

1.4 管板

由于折流桿對(duì)換熱管起到了很好的支撐作用，管板的厚度也可以相應(yīng)的降低，采用薄管板即可滿足設(shè)計(jì)要求。節(jié)約了材料，從而提高的經(jīng)濟(jì)性。

2 結(jié)論

設(shè)計(jì)該換熱器解決了常規(guī)傳統(tǒng)換熱器難以克服的誘導(dǎo)振動(dòng)，傳熱效率低等問(wèn)題，滿足了工藝要求，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。

[1]王松漢.石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)第3卷（化工單元過(guò)程）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2]劉明.新型換熱器技術(shù)進(jìn)展及其應(yīng)用[J].山西能源與節(jié)能，2004，2：31-32.

TQ051

A

1674-6708（2012）69-0132-02