管壳式换热器研究进展.pdf

2年第18期
广东化工
第39卷总第242期
lem. com
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设计与装备
管壳式换热器研究进展
张勇,闫媛媛,杨飞
(陕西科技大
学机电工
程学院,陕西西安71001
摘要指出了传统单弓形管壳式换热器存在的缺点,分别从强化传热和优化壳程压降两个方面论述了管壳式换热器的研究进展,并对各类
强化传热和优化压降的机理做了介绍,最后提出了一种新型复合管売式换热器的理念,为管売式换热器的研究与发展提供依据。
[关键词管壳式换热器:强化传热:优化压降:研究进展
中图分类号]rQi
)172
文献标识码]A
文章编号10071865(2012)18-0107-02
cn on the Progress of Shell and Tube Heat Exchanger
ng Yong, Yan Yuanyuan, Yang Fei
(Mechanical and electrical engineering college Shaanxi University of Science and technology, Xi'an 710021, China)
Abstract: Pointed out the shortcomings of traditional single segment shell and tube heat exchanger, discussed the advance research of the shell and tube heat
transfer enhancement and pressure drop optimization, and finally put forward a kind of concept of a new composite shell and tube heat exchanger for underling the
research and development of the shell and tube heat exchanger
Keywords: tube shell heat exchanger; heat transfer enhancement; pressure drop:; advance research
管壳式换热器作为目前应用最广泛的换热设备,不仅具有高
的稳定性和简单易用性而且在较高参数(高温、高压及大容量)的
(3)横纹管
工况下,管壳式换热器更能表现出其特有的长处。单弓形折流板
横纹管是将光管用螺旋压辊滚扎而成的,在管子内表面形成
换热器是管壳式换热器中发展时间最长、应用最广、技术也比较
圈圈突起的环肋,外表面形成凹槽。流体在流经环肋时就在管
成熟的一种。但是这种传统的管壳式换热器也存在着诸多缺点:
壁附近形成轴向漩涡,増强了流体边界层的扰动,减薄了边界层,
如易激发流体诱导振动而导致换热管朿松动,折流板与壳体间的
利于传热。华南理工大学的罗运禄等将横纹槽换热器用于原油
焊接产生裂缝;壳程流体流动阻力较大,売側压降较大,动力耗
加热,研究得出横纹槽管换热器的传热系数比同规格的普通光管
损克程流体存在流动死区,死区内局部换热效果差,等
提高85%,抗结垢能力亦优于普通光管。1990年长沙化工机械厂
致换热器整体换热率低,同时渴流内容易积垢,影响换热器的寿
根据华南理工大学提供的工艺参数制造了一台横纹管换热器,在
命。针对以上缺点,各国学者从不同角度分别对管壳式换热器的
应用中与原设备相比,换热面积由614m降至198m2,减少换热
传热性能和壳程压降做了研究和探讨,并取得了良好的效果。
面积68%。设备直径由1600mm缩至800mm,直径缩小50%。设
1强化传热的研究
备重量由22t减轻至5.7节省钢材74%?
(4)螺旋扁管
Q= KFATM,即单位时间内的换热量与冷热流体的温度差△t
传热面积F及总传热系数K成正比。所以,可以通过增加传热
螺旋扁管是普通圆管为毛培,经压扁后扭曲而成的。正是这
面积,加大冷热流体温差或提高传热系数来强化传热过程。对于
种扭曲的螺旋形结构,使管内流体呈螺旋状流动,提高了流体的
管壳式换热器,其强化传热的研究主要就集中在强化管程传热和
逆程度、具流体受离心力的作用速度反复发生变化,加強了流
强化壳程传热这两个方面。
体的纵向混合。由兰州长征机械有限公司设计制造的螺旋扁管换
1.1管程强化传热
热器,在兰州炼油厂被用于处理介质为原油、常四线油、减四
(1)螺旋槽纹管
减五、减六线油及减渣等高粘度流体,较普通换热器的壳径降低
1~2个等级,可节省投资约30%
螺旋槽纹管是一种外壁上形成凹槽,内壁上形成凸起的异型
管。其强化传热机理主要表现在两个方面:一是管内流体在流动
时,内表面的凸起使得过度区的层流在凸起的位置产生纵向涡流,
内插入管是通过在管内插入各种形状的内插物,这样既改变
即局部二次流,增加了流体的湍动特性;二是流体沿管壁轴向流
了流体的流道,增强其湍流程度,同时也过大了传热面积,传热
动时,由于螺旋槽的作用,管内流体流动存在很大的形体阻力,
效果提高。张华等对3根不同结构参数的组带插入光管的换热特
产生逆向的压力梯度,使边界层分离,热阻减小。德国Hde公司
性和流体动力学特性进行了试验研究,以空气为工质,Re在
的螺旋槽管,管内传热效率明显地优于光管,当2300~Re<10°时,
提高传热效率2.3~111倍,当200~所有细带的小数与光管的变化趋于一致,但均比光管有所提高
2.0-22倍?。我国华南理工专家将螺旋槽管用于甲醛余热锅炉中,
学院的张至英等通过在管内插入螺旋线圈进行了强化传热试验
研究,结构表明螺旋线圈对强化单相强制对流传热有一定效果,
倍用手常减压素油渣油换热传热系数提高子1数合、热系数为光管的13%40%
缩放管是由多节依次交接的渐缩段和渐扩段组成的。其强化
传热方法是通过周期性的改变管内流体的速度和静压,使其在流
管壳式换热器除了采用各种异型管来强化管程传热外,对壳
过渐扩段时速度减小,静压增大,在流过渐缩段时正好相反。从
程进行传热的强化也是一种行之有效的方法。目前,売程的强化
而增加了管内流体的湍动程度,传热效果提高。华南理工大学的
传热主要是通过改进壳程管子的支撑结构来实现的,这些改进可
邓先和等提出的一种急扩加速流缩放管,并进行了数值和试验
以加强壳程流体的湍流程度、増加流体的纵向流动、减少流动死
区等,以强化壳程传热。
研究,结果表明与目前国内较先进的光滑管换热器相比,急扩加
(1)纵流式换热器
速流缩放管换热器换热面积减少约35%,设备总质量降低约45每个折流栅是由许多折流杆焊接在折流圈上构成的,当壳程流速
%。华北电力学院的王建国等进行了缩放管及其对应光管结垢性
折流杆换热器是一种以折流枬替换折流板的纵向流换热器。
能的对比试验,结果显示,缩放管的阻垢性能优于相同工况下的
空管。
达到一定值时,流体流过折流杄的漩涡脱落和折流环处的文丑里
效应及杆背面产生的涡流尾流,增大了流体的湍流强度。另外
收稿日期]2012-11-12
杆环式支撑使接触面积减小,有效换热面积增大,同时也减少了

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