螺旋板换热器几何尺寸的计算方法.pdf

CHEMICAL ENGINEERING DESIGN
化工设计2008,18(6)
螺旋板换热器几何尺寸的计算方法
吴东武*中国石化集团公司广州石油化工总厂广州510726
摘要半圆螺线和外径计算方法是螺旋板换热器几何尺寸计算的准确和完整的方法,能取代目前使
用的各种方法。
关键词换热器半圆螺线极径外径
概述
螺旋板换热器的结构是瑞典人 Rosemblad在
930年提出的,世界各国制造的螺旋板换热器
dtr
都采用此结构,它是由两张宽度为H、厚度为8
的平行钢板卷成的高效换热设备,它有两条宽度
分别为b1和b2的通道,冷热介质在各自的螺旋
通道中流动换热。
bi! b2
螺旋板换热器几何尺寸的计算有点似当年
Archimedes不会计算螺线长一样, Rosemblad
也不会计算半圆螺线(或称 Rosembladl螺线)的
图1螺旋板换热器几何尺寸计算示意图
长度。换热器的尺寸计算方法,不论是通过传热
面积A得到的螺旋通道长J,还是已知换热器外
项即(a1+nd)no为结尾项的有界限等差数列
径D。,都需要以螺线终点判别式,首先算出螺
显然,有界限等差数列的“各项和”S等于“前
旋通道终点的圏数N或螺旋板终点的圈数,项和”与结尾项之和:
再按螺线方程进行相关计算
+ (a, +nd
螺旋板换热器是以等差数列为特征的螺旋其项数为:
体,传热板的轮廓线是半圆螺线。半圆螺线是由
N=n +no
两条或两条以上直径不同的半圆弧线连成的曲式中,0≤n≤1。
线,相连两个半圆的直径差为t。半圆螺线有
有界等差数列的最大项数为:
个极点0和两个圆心0,与02,见图1
N=n+1
由图可见
因此,N既可以是整数,也可以是非整数
02=と
螺旋板换热器与计算有关的螺线只有8条
其中2条通道螺线是相同的,每张传热板有3条
0,0=02,0=上
螺旋线。设任意一条螺线的初始半圆直径为d1,
半圆螺线与阿基米德螺线是两种性质不同的由里往外,螺线的首圈长度为:
螺线,它们的计算方法亦不同。
ァ(d1+t/2)
半圆螺线由里往外各圈长度构成的等差数
公差d为2rt,第n圈长度为:
列,是以a1为首项,d为公差,以第(n+n2)
an=m[(d1+/2)+2(n-1)]
*吴东武:高级工程师(退休)。1966年毕业于华南工学院无机物工学专业。退休后致力于螺旋板换热器几何计算的研究。联系
电话:(020)83863546,E-mail: wdongu@163.om
2008,18(6)
吴东武螺旋板换热器几何尺寸的计算方法
前n圈螺线的长度为:
当0.5≤n(或nod)≤1时
L
Tr(d1-t/2)
mr [d+(2n+1)t] no
结尾圈的长度:
R=d1/2+(n+1/2)
(8)
(a1+nd)m=2mn。[(d4+レ/2)+2mn
R2+
Rt
(d1/2+n)+d1/2+(
4
cos[(2n。-1)
式中,(d1/2+nt)为结尾圈第一半圆的半径;
L和R的d,(已知d2ュ)由下列公式计算,
d,/2+(n+1/2)]为结尾圈第二半圆的半螺旋通道长L:
径;2mno为螺线结尾圈的圆心角。
当0≤no≤0.5时,螺线结尾圈的圆心角等
于第一半圆的圆心角,而第二半圆的圆心角为
螺旋板1长L:
零。因此,结尾圈的长度为:
d1+8
2mno[.(d41/2+n)+d1/2+(n+I/2)t]
R1:d1=d1+26
=Tna。(d1+2n)
当0.5≤n0≤1时,螺线结尾圈的园心角为
螺旋板2长L:
2ヶn=T+(2ma-1)
d1=d2n+8
第一半圆的圆心角为m,弧长为:
R2:d1=d21+28
ァ(d1/2+n)
终点(已知L)判别式:
第二半圆的圆心角(2mo-1)T,弧长为
(4-v2)+√(a-2ア+4レ=n+e(0
T(2n。-1)[d4/2+(n+1/2)]
2
因此,结尾圈的长度等于两弧长之和
以终点判别式(10)算出螺线圈数N的整
(d4/2+n)+m(2っ-1)[d1/2+(n+1/2)]数n和终点判别因子na,再按na域的工方程,
=mT[d1+(2n+1)]a-m/2
算出螺线圈数N的小数n:
此外,同一圆心、由里往外、相邻半圆的直
N=n+ no
径也构成公差为2t有界等差数列,如结尾圈第
终点(已知D,)判别式
半圆的半径为:
D。-(rom+roa)
=n+ nok
R=d
式中,o,为螺旋板1,2外侧线的始点极径:
2计算公式与方法
d1/2-/4+8
螺旋板换热器的几何尺寸按下列方程计算
ーt/4+8
设螺旋通道的圈数为
以终点判别式(11)算出螺旋板圈数N,的
整数n和终点判别因子n,再按域的R与
螺旋板的圈数:
方程,算出螺旋板圈数的小数n
N.=N+0.5
换热器的外径
3计算实例
。=r+2
(3)
式中,r1,r2为螺旋板1,2外側线的终点极径。
在广州石油化工总厂300ktレa合成氨装置
半圆螺线的极径r和长度L由下列方程算中,E1407C02冷却器是由4台Ⅱ型螺旋板换热
出,当0≤n(或poa)≤0.5时:
器组成的塔式换热设备,换热器外径为1.5m,
L=m2+ァ(ムー-2)n+ァ(+2nの)吗。(4)螺旋板宽度H为1.5m,厚度8为0.00m。冷却
R=d /2 +nt
(5)
水沿宽度b2为0.019m的螺旋通道由外往内流
动,至中心上端出口管排出,此中心由螺旋板2
Rt
R
-cos(mno)
(6)围成,板2内侧线的初始直径dn为0.347m;气