卧式氨冷凝器传热技术研究进展.pdf

第42卷第1期
石油化
Vo. 42 No. 1
2013年1月
PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT
Jan.2013
技术综述
文章编号:1000-7466(2013)01-0045-07
卧式氨冷凝器传热技术研究进展
熊从贵
(温岭市钱江化工机械有限公司,浙江温岭317500)
摘要:根据卧式冷凝器的特点,从传热机理出发,介绍了管内强化传热、管外强化传热和各种管
東支撑物强化传热方法的特点及传热效果,并提出了卧式氣冷凝器传热研究的研究进展和发展
方向
关键词;冷凝器;强化传热;研究进展
中图分类号:TQ050.1;TB657
文献标志码:Bdoi:10.3969/i.issn.10007466.2013.01.012
Heat Transfer Technology Research Development in
Horizontal Ammonia Condenser
XIONG Cong-gui
(Wenling Qianjiang Chemical Engineering Machinery Co. Ltd, Wenling 317500, China)
Abstract: According to the specialty of the horizontal ammonia condenser, proceed from theory
of heat transfer, the in-tube heat transfer enhancement, out-tube heat transfer enhancement and
specialty of various tube-bundle supporting objects heat transfer enhancement method and the
heat transfer effect were introduced. The development direction and research focus of horizonta
ammonia condenser heat transfer was put forward
Key words: condenser; heat transfer enhancement; research development
制冷系统在冷冻冷藏、石油化工、化学工业、建
筑及煤矿等领域中的应用非常广泛。氨作为制冷
冷凝传热机理2
剂,具有冷凝压力适中、单位体积制冷量大、粘度小、
蒸汽在低于其饱和温度的传热表面上变成液
流体流动阻力小及传热性能好等优点使氨制冷系统态,同时释放岀凝结澘热,并把热量传递给传热表面
在工业制冷中得到广泛应用。
的热交换过程为凝结传热过程。凝结传热为相变传
氨冷凝器是组成氨制冷系统的设备之一,也热过程,其传热系数远高于无相变对流传热系数
是氨制冷系统的主要热交换设备之,其作用是在以水为冷却介质的管内,冷却水沿管轴线方向流
将压缩机排出的高压、过热氨蒸汽冷凝成氨液。动,在换热管内中心区域,冷却水以湍流运动为主,
制冷系统性能的优劣,在很大程度上受冷凝器的但在周围管壁处以层流运动为主,管内冷却水的层
制约。
流区和水侧沉积的污垢是管内的主要传热热阻
收稿日期:2)12-08-25
基金项目:温岭市科技项目
作者简介:熊从费(1982-),男,重庆人?程师?学上:?从事制冷管道设计?底力容器设计、制造和高效热交换器研究及技
术管理作。
第1期
熊从贵:卧式氨冷凝器传热技术研究进展
47
氨冷凝器中的凝结分为膜状凝结和珠状凝结,管的传热表面得到充分利用。
它们的区别是冷凝液能否润湿传热表面。如氨冷凝2.1改变传热表面形状
液能够润湿传热表面,且在传热面上形成一层连续
通过对换热管表面进行机械加工,在换热管壁
的平滑液膜将蒸汽和传热表画隔开,在重力作用下上形成凸起物,或将换热管本身沿轴向加工成波纹
液膜不断向低处流动,液膜厚度越来越不均匀,当低状、环形凹槽、螺旋状凹槽,如犁刺管、螺旋槽管、波
处的液体重力克服表面张力离开传热表面时,オ最纹管、横槽管、螺旋扁管等。
终完成它的热传递过程。当传热表面被液膜覆盖
(1)犁刺管此换热管为一种新型高效冷凝管,
时,凝结传热只能在液膜和蒸汽的气液界面上进行
其最大特点是翅片上锯齿槽被切割到根圆,锯齿上
这种凝结过程为膜状凝结。通过液膜的传热要比直部向一侧倾斜,看起来像犁刺,在制冷剂和其它多组
接通过传热表面的传热强度小得多,液膜形成后的分混合物冷凝中有很好的传热效果。们。犁刺管能
凝结换热强度会大大下降,膜状凝结传热的主要热增强气流边界层的扰流程度,减薄或破坏气流滞流
阻是液膜厚度。如果冷凝液不能润湿传热表面,冷底层,中断边界层的发展或迫使边界层发生分离,扩
凝液只能在传热表面上形成液珠,液珠不断凝结长大气流边界层以及冷凝液膜与传热表面的接触面
大,由于重力作用不断携带沿途的其它液滴沿传热积。犁刺管是一种三维强化管,它不仅能够强化冷
表面流下,同时新的液滴重新形成的凝结传热过程凝液膜内的传热,而且能够强化气相扩散层内的传
为珠状凝结。珠状凝结时,传热表面没有被液体完热,其传热系数比同工况下的光滑管高14倍,比螺
全覆盖,大部分的热量交换过程是在传热表面上直纹管高10倍以上。但犁刺管加工比较复杂,尤其
接进行的。因此,珠状凝结的传热系数高于同样条对钢质换热管加工困难,目前在氨冷凝器罕见应用。
件下膜状凝结的传热系数。珠状凝结是一种理想状
(2)螺旋槽管此换热管是在管外轧制出螺旋
态的凝结传热过程,在实际工程应用中的热交换器形凹槽,管外凝结过程与带肋圆管相似,主要由重力
多属膜状凝结传热过程。
和表面张力支配。在管外表面的凹槽处,表面张力
蒸汽与冷凝液的流动方向分顺流和逆流,它们是重力的几倍,管外水平段上的凝液在表面张力的
对传热效果的影响也截然不同。顺流凝结是蒸汽的作用下被拉向凹槽的根部,使水平段上的凝液变薄,
流动方向与冷凝液的流动方向相同,如蒸汽从上往凝液在槽中受张力形成的压差和重力作用迅速流到
下流过管束,冷凝液也是从上往下流过管束。在顺管底部排出,螺旋槽管的管外凝结换热系数越为光
流凝结过程中,由于蒸汽推劲力的作用,使冷凝液膜管的1.6~2倍。螺旋槽管加工简单,工艺要求不
较薄,冷凝液能较快地离开传热表面,传热热阻较高,制造成本低,在氨冷凝器中得到广“泛应用。
小。逆流凝结是蒸汽从下往上流过管束,冷凝液从
(3)波纹管此换热管是将薄壁不锈钢管加工
上往下流过管束,两者的流动方向相反。在逆流过成沿换热管轴向呈周期性变化的内外均为连续波纹
程中,由于冷凝液受到上升蒸汽的托力,冷凝液不易状曲线的波纹凸起。波纹管由于表面曲率很小,凝
滴落,使冷凝液变得较厚,传热热阻増大。因此,工液表面张力引起由波峰至波谷的附加压差,液膜流
程应用中一般是将冷凝器的蒸汽进口设置在设备的型受到压差和重力的共同作用。对于卧式波纹管氨
最上部
冷凝器,当氨液的表面张力大于重力时,氨液液膜流
综上所述,强化卧式氨冷凝器的传热有两种方型受表面张力的影响,波纹上下表面液膜流型相似,
式,一是减小换热管外冷凝氨液的表面张力,使冷凝液膜均沿波峰流人波谷,使波峰区的液膜拉薄,减小
氨液变薄或疏导冷凝氨液尽快脱离,械小传热热阻。波峰区传热表面的热