高效節(jié)能換熱技術(shù)概述

任海濤　魏紅立（河北保定太行集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 保定　071000）

高效節(jié)能換熱技術(shù)概述

任海濤魏紅立（河北保定太行集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 保定071000）

本文簡(jiǎn)要介紹了幾種常見管殼式熱交換器換熱管強(qiáng)化傳熱技術(shù)，技術(shù)層面上介紹了各自的優(yōu)劣以及適用場(chǎng)合。

熱交換器；節(jié)能減排；強(qiáng)化傳熱

在國(guó)家政策推行節(jié)能減排的大形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)石油化工、醫(yī)藥領(lǐng)域諸多的熱交換設(shè)備逐漸采用高能效低成本的先進(jìn)技術(shù)。傳統(tǒng)的熱交換器弓形折流板以及光管換熱管結(jié)構(gòu)注定了其效率低下成本較高的弊病。國(guó)內(nèi)外紛紛把目光投向高效的換熱技術(shù)以及傳統(tǒng)熱交換設(shè)備強(qiáng)化傳熱技術(shù)。

熱交換設(shè)備強(qiáng)化傳熱過程是力求使熱交換設(shè)備在一定的時(shí)間和傳熱面積內(nèi)完成的熱傳遞更多。強(qiáng)化傳熱技術(shù)是使熱交換設(shè)備最大限度的提高傳熱效率的一種技術(shù)，這樣能夠更大限度的提高傳熱過程的傳熱效率。在特定條件下提高傳熱面積、提高傳熱系數(shù)、提高平均溫差是提高傳熱效率的最終途徑。對(duì)管殼式熱交換器換熱管普通光管進(jìn)行深加工得到不同形式的異形管。較光管來說，異形管或是增大傳熱面積，或是提高傳熱系數(shù)，管內(nèi)插件夠提高平均溫差。在不同場(chǎng)合恰當(dāng)選擇使用異形管能夠極大的提高傳熱效率。

1　異形管——波紋管

波紋管按波形分為：波鼓形波紋管、梯形波紋管、縮放管和波節(jié)管。流體在經(jīng)過波紋管時(shí)，在波峰處流速降低，靜壓增加，在波谷處流速增加，靜壓降低。流體在管內(nèi)流動(dòng)反復(fù)的壓力波動(dòng)會(huì)使流體產(chǎn)生劇烈的湍流效果，提高雷諾系數(shù)，干擾減薄流體的邊界層。波節(jié)的存在有助于提高管內(nèi)流體的湍流效果，進(jìn)而提高波紋管的傳熱效果，但波紋管會(huì)降低管內(nèi)流體的流動(dòng)性能。高雷諾數(shù)情況下波節(jié)管與光管的換熱效果比較接近；低雷諾數(shù)的情況下，因波節(jié)管會(huì)提高管內(nèi)流體的湍流效果，傳熱效率會(huì)比使用光管效果更好。

2　異形管——螺旋槽紋管

通過擠壓光管管壁加工制作成螺旋槽紋管，槽紋紋路有單頭和多頭之分。螺旋槽紋管對(duì)管內(nèi)流體的擾動(dòng)使得流體成大體螺旋式流動(dòng)，并在槽紋處造成流體小范圍的二次流動(dòng)，消除分離邊界層，提高傳熱效率2～4倍。螺旋槽紋管對(duì)管內(nèi)管外流體具有雙面強(qiáng)化傳熱的作用，適用于對(duì)流、沸騰和冷凝等工況。

3　異形管——翅片管

通過在換熱管表面添加各種形式翅片，增大換熱面積，對(duì)流體造成極大的擾動(dòng)，從而提高傳熱效率。選用翅片管為傳熱元件，多使用在高溫?zé)煔獾墓r下，如余熱鍋爐用翅片管使用在高溫高壓且具腐蝕性的惡劣環(huán)境。這就要求翅片管應(yīng)具有很高的的性能指標(biāo)：1防腐性能、2耐磨性能、3低接觸熱阻、4高穩(wěn)定性、5防積灰能力等。

4　異形管——螺旋扁管

螺旋扁管由圓管加工制成，其截面形狀為扁圓或者橢圓形，流體在管內(nèi)流通呈現(xiàn)螺旋狀提高了湍流程度。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：在雷諾數(shù)低的螺旋扁管的強(qiáng)化傳熱效果比光管提高2～3倍，隨雷諾數(shù)的增大，其強(qiáng)化效果有所減小，但仍可達(dá)50%

5　異形管——表面多孔管

使用燒結(jié)、火焰噴涂、電鍍及機(jī)械加工的方式形成的多孔表面能夠極大地強(qiáng)化沸騰傳熱，提高傳熱效率，從而能夠減少熱交換面積，減少傳熱的不可逆損失。其多空表面還具有良好的阻垢性能。

6　異形管——針翅管

針翅管表面針狀結(jié)構(gòu)既擴(kuò)大了傳熱面，又能對(duì)流體造成很大擾動(dòng)，增強(qiáng)了邊界層與主流的混合，在對(duì)壓降影響微弱的情況下極大的強(qiáng)化了傳熱效率，針翅管的表面針狀結(jié)構(gòu)可以與相鄰針翅管針狀結(jié)構(gòu)相互支持，從而可以代替支撐板或者支撐桿材料，針翅管普通應(yīng)用在油品熱交換器以及很多低傳熱膜系數(shù)、高粘度介質(zhì)以及含塵高溫?zé)煔獾臒峤粨Q設(shè)備中。

7　管內(nèi)插件

通過在管內(nèi)插入紐帶、螺旋線圈、螺旋片等插入件能夠有效促進(jìn)管內(nèi)流體湍流，提高傳熱系數(shù)，并且能夠有效降低熱交換器壁溫，管內(nèi)外溫差，從而強(qiáng)化傳熱。

8　結(jié)語

結(jié)合管程強(qiáng)化傳熱技術(shù)的進(jìn)步，更多的強(qiáng)化傳熱技術(shù)手段逐漸被應(yīng)用在更多的現(xiàn)實(shí)工程設(shè)備中，在各行業(yè)熱交換設(shè)備上，強(qiáng)化傳熱技術(shù)將發(fā)揮其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。強(qiáng)化傳熱管極大地提高了熱交換器的傳熱性能，減小了熱交換器所需的傳熱溫差和壓降損失，提高了能源利用率，簡(jiǎn)化緊湊了設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少了設(shè)備材料成本，結(jié)合國(guó)家推行的各種節(jié)能減排政策措施，強(qiáng)化傳熱技術(shù)已經(jīng)被國(guó)家、被企業(yè)重視，進(jìn)而與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］陳增，李寶宏，李勝軍，管殼式換熱器的研究進(jìn)展和方向［J］2005，8：85～87.

［2］劉明言，林瑞泰，李修倫，黃鴻鼎，管殼式換熱器工藝設(shè)計(jì)的新挑戰(zhàn)［J］2005，1（33）：16～19.

［3］董其伍，劉敏珊，蘇立建，管殼式換熱器研究進(jìn)展［J］2006，1：1～3.

［4］楊勝，張頌，張莉，徐宏，螺旋扁管強(qiáng)化傳熱技術(shù)研究進(jìn)展2010.

［5］丁銘，閻昌琪，繆紅建，孫立成，整體針翅管的強(qiáng)化傳熱實(shí)驗(yàn)研究2005.

［6］高陽(yáng)，波節(jié)管換熱器的強(qiáng)化換熱分析2000.