閉式冷卻折流組合式換熱器

摘要：傳統(tǒng)的管殼式水-水換熱器為折流板式結(jié)構(gòu)，折流板殼程流體橫向沖刷換熱管時(shí)存在振動(dòng)大、壓力損失大、易結(jié)垢和易折斷等的缺點(diǎn)，為了克服上述缺陷，就此研發(fā)出一種新型的折流組合式換熱器。折流組合式換熱器中殼程流體的流動(dòng)方式與單弓形折流板換熱器不同，殼程流體縱向沖刷換熱管，具有殼程阻力較小、換熱器內(nèi)管子振動(dòng)噪聲小等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：折流組合式換熱器；傳熱；阻力；振動(dòng)；綜合效益

1 背景技術(shù)

閉冷器是一種水-水冷卻器，它廣泛用于諸多工業(yè)領(lǐng)域。管式閉冷器在結(jié)構(gòu)上有兩種形式：折流板結(jié)構(gòu)和折流桿結(jié)構(gòu)。折流板結(jié)構(gòu)閉冷器（見(jiàn)圖1），一般冷源介質(zhì)走管程，熱源介質(zhì)走殼程。傳統(tǒng)的管殼式換熱器為折流板式結(jié)構(gòu)，一般殼程設(shè)置若干塊折流板，使流體在殼程反復(fù)換向垂直或橫向沖刷換熱管束，以增大流體的流速和湍動(dòng)，來(lái)提高殼程的傳熱效果。然而，這種折流板換熱器正因?yàn)闅こ塘黧w橫向沖刷管束，并不斷改變流向，導(dǎo)致了其以下幾個(gè)致命缺點(diǎn)：（1）在殼側(cè)存在流動(dòng)死區(qū)和漏流死區(qū)使有效傳熱面積減少百分之二十五至三十，使實(shí)際傳熱效果低于理論值；（2）反復(fù)橫向沖刷管束會(huì)誘發(fā)換熱管產(chǎn)生振動(dòng)，這種誘導(dǎo)振動(dòng)是引起換熱管破裂和管板泄漏的主要原因，從而使整臺(tái)換熱器的壽命大大縮短；（3）流動(dòng)阻力大，折流板少時(shí)阻力小，但換熱管固有頻率低，防振能力差，傳熱系數(shù)K值也大大降低，折流板增多則阻力增大；（4）流體中的污垢容易沉積在換熱管表面，K值下降，傳熱效果變差。

2 折流組合式換熱器的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)

針對(duì)折流板管殼式換熱器的以上缺點(diǎn)，本公司與華中科技大學(xué)共同開(kāi)發(fā)了一種流體縱向流過(guò)管束的折流組合式管殼式換熱器（見(jiàn)圖2）。折流組合式管殼式換熱器利用折流桿及折流板條作為管束支撐，并對(duì)流體起擾流作用，從而達(dá)到強(qiáng)化傳熱作用。設(shè)備熱源介質(zhì)經(jīng)過(guò)外導(dǎo)流筒縱向流過(guò)管束，冷源介質(zhì)走管程。

折流組合式管殼式換熱器有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）由于殼側(cè)流體是縱掠管束，防止了誘導(dǎo)振動(dòng)的產(chǎn)生，提高了換熱器的安全性；（2）大大減少了殼側(cè)流體的流動(dòng)阻力，降低了管側(cè)的泵功，節(jié)約能源；（3）由于折流桿增強(qiáng)了流體的擾動(dòng)，減少了橫掠管束時(shí)的流動(dòng)死區(qū)和漏流損失。從而強(qiáng)化了殼側(cè)的換熱，傳熱系數(shù)可提高20%-50%；（4）減少了污垢的沉積和腐蝕的產(chǎn)生，提高了換熱器的使用壽命。

3 折流組合式換熱器實(shí)施

折流組合式管殼式換熱器利用折流桿起強(qiáng)化傳熱效果，折流板條代替折流桿起支撐作用而且同時(shí)也能夠?qū)鳠嵝Чa(chǎn)生一定的作用。在設(shè)備芯體兩端流體進(jìn)出口位置增加折流板條支撐圈，支撐圈安裝間距與折流桿圈相同，通過(guò)縱橫兩種結(jié)構(gòu)結(jié)形成口字支撐穿過(guò)其中的換熱管，并且不影響流體的方向和流動(dòng)阻力，而且兩個(gè)折流圈設(shè)計(jì)間距要比在技術(shù)條件下的折流板結(jié)構(gòu)緊湊，折流桿及折流板條與換熱管之間間距為0.5mm參考GB/T 151-2014標(biāo)準(zhǔn)，換熱管安裝間隙比折流板結(jié)構(gòu)要小，這種結(jié)構(gòu)不會(huì)影響原來(lái)折流桿換熱效果并且加強(qiáng)換熱管的支撐點(diǎn)，以免設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)減輕或消除對(duì)換熱管產(chǎn)生磨損。

4 折流組合式換熱器與傳統(tǒng)折流板換熱器的比較

折流組合式換熱器中殼程流體介質(zhì)的流動(dòng)方式與單弓形折流板換熱器不同，殼程流體屬縱向沖刷換熱管，具有縱向沖刷換熱管殼程阻力較小、換熱器內(nèi)管子振動(dòng)噪聲小的特點(diǎn)，由于折流組合結(jié)構(gòu)，使得流體沖刷換熱管時(shí)呈現(xiàn)紊流形式，克服縱單弓形或盤(pán)形折流板換熱存在換熱“死區(qū)”的缺點(diǎn)。單弓形或盤(pán)形折流板在實(shí)驗(yàn)測(cè)試范圍的低流速段的總傳熱系數(shù)K遠(yuǎn)低于折流組合式結(jié)構(gòu)系數(shù)。同時(shí)結(jié)構(gòu)不同造成殼程壓力降也不一樣，折流組合式結(jié)構(gòu)的殼程壓力降為折流板的20%-30%，這是由于折流組合式換熱器殼程流體等效的流通面積大于折流板殼程流體等效的流通面積，因此，當(dāng)提高殼程換熱雷諾數(shù)K時(shí)，單弓形或盤(pán)形折流板換熱器殼側(cè)壓力損失的增加大于折流組合式換熱器殼側(cè)壓力損失的增加。實(shí)驗(yàn)時(shí)還觀察到折流組合式換熱器內(nèi)管子振動(dòng)噪聲比折流板換熱器的小。

折流組合式換熱器與傳統(tǒng)折流板式換熱器相比，在同等條件下，傳熱系數(shù)提高20～50%，有效傳熱面積增加20～30%，流動(dòng)阻力減小70～80%。折流組合式換熱器可廣泛用于化工、電力等領(lǐng)域。

5結(jié)束語(yǔ)

折流桿組合結(jié)構(gòu)技術(shù)是管殼式換熱器換熱性能最好的一種，所用的技術(shù)設(shè)備大量使用在石油化工以及新建在大河邊與海邊的電力大型換熱器，設(shè)備取代熱電廠大型冷卻塔；或是海邊大型板式換熱器改造項(xiàng)目，解決設(shè)備換熱管堵塞問(wèn)題。

作為取代熱電廠大型冷卻塔，制造成本不到冷卻塔的5%，制造工期不到6個(gè)月，設(shè)備使用與維修更低，一般在維修周期時(shí)打開(kāi)人孔門(mén)把設(shè)備清理干凈就可以了。

參考文獻(xiàn)：

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[5]楊世銘、陶文銓<<傳熱學(xué)>> 高等教育出版社，2006

作者簡(jiǎn)介：

梁榮武（1970—），男，廣東茂名人，工程師，研究方向：換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)。