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節能的新型管殼式換熱器——連續螺旋折流板換熱器
發布時間:2021-12-08 09:43:41瀏覽次數:

能源是經濟發展和社會進步的重要物質基礎,是衡量綜合國力和人民生活水平以及國家文明發達程度的指標。國際能源緊張的局面下,開發諸如核能、地熱、太陽能等新能源,也離不開經濟、綜合效率高的換熱器。采用的強化傳熱技術是提升換熱器傳熱效能、提高能源利用率的有效途徑。在現代科學技術領域里,無論在動力、冶金、石油、化工、材料制冷等工程領域,還是航空航天、電子、核能等高技術領域,都不可避免的涉及熱量的傳遞及其強化問題。在各種能量系統及工業過程中,由于能量轉換和利用的不完善性和局限性,存在著各種溫位的余熱。地利用和回收余熱,節約能量消耗,換熱器的研究開發至關重要。

換熱器是不僅直接影響過程能耗的重要熱能轉換設備,保證工程設備正常運轉不可或缺的功能部件,而且在金屬消耗、動力消耗和投資方面占有整個工程中的重要份額。在電力、石油、化工等高能耗的工業部門中,換熱器傳熱性能的高低,直接影響著工業系統的能耗水平。在石油化工中,換熱器的投資約占系統設備總投資的40%左右,若以節能換熱器取代傳統換熱器,則換熱系統總能耗可降低20%30%;在熱電廠中,如果將鍋爐也作為換熱設備,則換熱器的投資約占整個電廠中投資的70%左右;在動力消耗方面,以車輛為例,車輛冷卻系統所消耗的功率要占發動機輸出功率的3%~15%;在制冷機中蒸發器的質量要占總質量的30%~40%,其動力消耗約占總值的20%~30%,在以氟里昂為制冷劑的現代水冷機組制冷機中,蒸發器和凝結器的質量約占總質量的70%。

目前我國工業系統使用的殼管式換熱器90%以上是采用傳統的弓形折流板光滑管結構。此類換熱器的體積龐大,材耗多,過程系統的能耗也高,亟待改進。針對弓形折流板在結構上存在阻礙流體流動、降低傳熱性能等缺點,許多研究對其進行改進,并開發出新型的管間支撐結構。螺旋折流板則是近幾年迅速發展起來的新型管間支撐結構。在螺旋折流板換熱器中,流體在殼程呈均勻的螺旋流動,類似塞狀流,流體幾乎不存在返混現象,也沒有流動死區。

因而,殼程的壓降能有效地轉變為傳熱系數的提高,而且還不會出現管束的振動問題,污垢也較難聚集,尤其適合傳熱阻力在殼程時流體的傳熱強化。目前,國外換熱器主要采用不連續螺旋折流板換熱器。整體連續螺旋折流板則能克服不連續螺旋折流板泄漏流的缺點,但整體連續螺旋折流板在結構上需圍繞一個中心管固定。若中心管不布管,則浪費了殼體直徑空間,減少了傳熱面積。為充分利用殼體直徑布管,可以將殼體設計為多殼程結構,但內殼程設置不同折流板結構,增加了制造復雜性,同時流體在多殼程之間串聯流動,流路長從而增加了壓降。

宜化化機公司提供一種管殼式換熱器用螺旋折流的加工方法,該方法能夠實現用于管殼式換熱器的螺旋折流板基板的加工,得到螺旋曲線較好、內孔盡可能小的螺旋折流板,加工過程簡單,工裝實施容易。此法的實施無需圍繞一個中心管進行固定,已經成型的螺旋折流板基板是一個具有一定長度的連續螺旋折流板,根據實際的需求,可以整體使用,也可以切割分段后使用,進行后續的開孔操作。

節能的新型管殼式換熱器——連續螺旋折流板換熱器(圖1)

螺旋折流板強化管換熱器與目前國內廣泛使用的弓型折流板光滑管換熱器相比,在相同坯管面積條件下,總傳熱系數可提高50%以上,大大提高了換熱器的換熱能力。對于相同換熱負荷條件下,可節省20-30%的換熱面積,節省了大量的金屬消耗和人工成本。20214月,“連續螺旋折流板管殼式換熱器設計、制造技術研發”課題通過了公司專家評審,這一研發項目使得宜化化機公司具備了螺旋折流板換熱器的制造能力。無中心管、直紋曲面連續螺旋折流板換熱器對于大型石油、化工企業有明顯的節能優勢,為正在加快現代化步伐的中國提供一種大面積節能減排效果的產品,有極好的經濟效益和社會效益。

節能的新型管殼式換熱器——連續螺旋折流板換熱器(圖2)


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