螺旋折流板管壳式换热器壳程传热性能
2018-04-24
目前,我国石化、电力等行业工艺流程中应用的冷换设备多数为管壳式换热器,在各种换热设备中占据着主地位。由于在役的管壳式换热器大多为传统的垂直弓板换热器,换热效率比较低,因此,提高设备的换热效率、降低压力降成为冷换设备技术进步面临的主要问题。只有同时减少管外热阻、提高管外膜传热系数,才能提高整台换热器的换热效率。为此,美国菲力浦公司首先推出了折流杆列式换热器。折流杆折流结构突破了垂直弓板折流结构导致的介质横向流流动方式,采用纵向流流动方式,降低了压力降,而且由于折流杆的插入,流体形成卡门涡街,增加了介质扰动形成紊流,提高了壳程的膜系数。但是折流杆换热器有一定的局限性,即当壳程介质粘度较大时无法形成涡街。壳程流体被限制在流层状态,膜传热系数显著降低,因此,在原油换热、渣油换热等系统不适合用这种换热器。为了提高换热效率,人们在应用强化异形管上做了很多尝试。异形管确实起到了改善管内流体流动形态、提高膜传热系数的效果,但由于总的传热系数是由于管内膜传热系数、管外膜传热系数、管壁导热系数及污垢热阻等因素组成,当影响管外膜传热系数热阻成为控制热阻时,仅改善管内传热条件是没有多大意义的。弓型折流板换热器中,弓型折流板使流体横向冲刷管束,提高了壳侧流体的换热能力,但是,由于流体在接近壳体壁面处的突然转向使能量损耗迅速增 大,造成壳侧的沿程压力降的增 大,另外,由于折流板与壳体之间的旁流和换热管与折流板之间漏流及死区的存在(如图1),使其壳侧流动特性的缺点十分明显。螺旋折流板换热器正是针对弓型折流板换热器壳侧流动的缺点提出的,通过改变壳侧折流板的布置,使壳侧流体呈连续的螺旋状流动。因此,理想的折流板布置应该为连续的螺旋曲面。但是,螺旋曲面加工比较困难,而且换热管与折流板的配合也比较难实现。考虑到加工上的方便,采用一系列的扇形平面板(称之为螺旋折流板)替代区面相间连接,在壳侧形成近似螺旋面,使壳侧流体产生近似连续螺旋状流动。在螺旋折流板换热器中(如图2),流体在壳侧的流动方向是连续变化的。不存在突然转向的流动,的降低了流动阻力。流体与换热管有一螺旋倾角,流体螺旋状的绕过换热管束,不仅流动阻力小,而且不存在滞死区,流动特性的优点是显而易见的。
