各種換熱器的原理、特點及適用范圍

發(fā)布時間：2009-10-5 瀏覽：3415

　一、T型翅片管

　　一、原理及特點

　　1、原理

　　T型翅片管是由光管經(jīng)過滾軋加工成型的一種高效換熱管。其結(jié)構(gòu)特點是在管外表面形成一系列螺旋環(huán)狀T型隧道。管外介質(zhì)受熱時在隧道中形成一系列的氣泡核，由于在隧道腔內(nèi)處于四周受熱狀態(tài)，氣泡核迅速膨大充滿內(nèi)腔，持續(xù)受熱使氣泡內(nèi)壓力快速增大，促使氣泡從管表面細縫中急速噴出。氣泡噴出時帶有較大的沖刷力量，并產(chǎn)生一定的局部負壓，使周圍較低溫度液體涌入T型隧道，形成持續(xù)不斷的沸騰。這種沸騰方式在單位時間內(nèi)，單位表面積上帶走的熱量遠遠大于光管，因而這種管型具有較高的沸騰傳熱能力。

　　2、特點

　�、艂鳠嵝Ч�好。在R113工質(zhì)中T管的沸騰給熱系數(shù)比光管高1.6-3.3倍。

　�、瞥Ｒ�(guī)的光管換熱器，只有當熱介質(zhì)的溫度高于冷介質(zhì)的沸點或泡點12℃-15℃時，冷介質(zhì)才會起泡沸騰。而T型翅片管換熱器只需2℃-4℃的溫差，冷介質(zhì)就可沸騰，且鼓泡細密、連續(xù)、快速，形成了與光管相比的獨特優(yōu)勢。

　�、且苑�利昂11為介質(zhì)的單管實驗表明，T型管沸騰給熱系數(shù)可達光管的10倍；以液氨為介質(zhì)的小管束實驗結(jié)果，總傳熱系數(shù)為光管的2.2倍；C3、C4烴類分離塔的再沸器工業(yè)標定表明，低負荷時，T型管總傳熱系數(shù)比光滑管高50%，大負荷時高99%。

　�、容^鋁多孔表面?zhèn)鳠峁艿膬r格便宜。

　　⑸由于隧道內(nèi)部的氣液擾動非常激烈以及氣體沿T縫高速噴出，因而無論是T型槽內(nèi)部還是管外表面，都不易結(jié)垢，這一點保證了設備能長期使用而傳熱效果不會受到結(jié)垢的影響。

　　二、應用場合

　　只要殼側(cè)介質(zhì)比較干凈、無固體顆粒、無膠質(zhì)，均可采用T型翅片管作換熱元件，形成T型翅片管式高效換熱器，以提高殼側(cè)沸騰傳熱效果。

　　二、低螺紋翅片管

　　一、原理及特點

　　1、原理

　　低螺紋翅片管是普通換熱管經(jīng)軋制在其外表面形成螺紋翅片的一種高效換熱管型，其結(jié)構(gòu)如圖所示：

　　這種管型的強化作用是在管外。對介質(zhì)的強化作用一方面體現(xiàn)在螺紋翅片增加了換熱面積；另一方面是由于殼程介質(zhì)流經(jīng)螺紋管表面時，表面螺紋翅片對層流邊層產(chǎn)生分割作用，減薄了邊界層的厚度。而且表面形成的湍流也較光管強，進一步減薄邊界層厚度。綜合作用的結(jié)果，使該管型具有較高的換熱能力。當這種管型用于蒸發(fā)時，可以增加單位表面上氣泡形成的數(shù)量，提高沸騰傳熱能力；當用于冷凝時，螺紋翅片十分有利于管下端冷凝液的滴落，使液膜減薄，熱阻減少，提高冷凝傳熱效率。

　　2、特點

　�、偶庸こ杀据^低；

　�、七m用面廣。對殼程介質(zhì)的蒸發(fā)、冷凝、氣態(tài)流傳熱、液態(tài)流傳熱均有強化作用；

　　二、適用場合

　　只要殼側(cè)介質(zhì)比較干凈、無腐蝕、不結(jié)垢，均可采用低螺紋翅片管作換熱元件，形成低螺紋翅片管式高效換熱器。

　　三、空心環(huán)支撐菱形翅片管

　　一、技術(shù)原理及特點

　�、旁�理

　　空心環(huán)支撐菱形翅片管換熱器是以菱形翅片管為傳熱元件，折流板采用空心環(huán)式支撐結(jié)構(gòu)形成的一種新型高效換熱器。該換熱器的菱形翅片管為帶有周向非連續(xù)三維翅片的高效傳熱管，其傳熱強化性能優(yōu)于帶周向連續(xù)翅片的螺紋翅片管。當用于冷凝強化傳熱時，由于其三維翅片的特殊結(jié)構(gòu)造成翅片表面液膜的表面張力分布不均—根部大，頂部小，液膜被拉向根部，使三維翅片表面的液膜厚度大幅度的減薄，熱阻減小，使汽態(tài)介質(zhì)和管外壁的換熱能力增強，從而提高換熱效果。當用于對流傳熱強化時，由于其翅片的非連續(xù)性，可對流體傳熱邊界層產(chǎn)生周期性的破壞，使翅片表面?zhèn)鳠徇吔鐚雍穸扔行�減薄，降低邊界滯留底層的傳熱阻力，提高換熱效果。另外，該換熱器的折流板可采用空心環(huán)作為支撐元件�？招沫h(huán)管支撐方式將支撐板的管橋變成殼程介質(zhì)的流通通道，變普通的橫向折流為縱向流，這種流動方式流體的形體阻力非常小，可使絕大部分流體的壓降作用在強化傳熱管的粗糙傳熱界面上，用于促進界面上的對流傳熱，可充分發(fā)揮強化管的傳熱強化作用，及有效地避免了各類殼程支撐物對流體形體阻力的不利影響，在低流阻條件下獲得高的傳熱性能。

　�、铺攸c

　　1、較光滑管比，其表面膜傳熱系數(shù)或?qū)α髂�傳熱系�?shù)提高1-3倍；

　　2、用空心環(huán)作為支撐，可大大降低殼程的流阻；

　　3、造價一般不超過完成同樣熱負荷的光管換熱器。尤其在擴產(chǎn)改造中，往往只須更換管束便可滿足處理量增加20-30%的新工況，設備基礎、配管均無須改動。

　　4、消除了橫向折流的死區(qū)，減少積垢，提高了使用壽命；

　　5、殼程介質(zhì)縱向流動，減少了管子振動，有效地降低了因管束振動引起的換熱管早期破壞；

　　二、應用范圍

　　采用碳鋼材料制造的菱形翅片管，可廣泛應用于石油、化工、動力等行業(yè)的各種殼程有冷凝相變或殼程以對流傳熱為主的各類液-液，氣-液，氣-氣換熱器。只要殼側(cè)介質(zhì)比較干凈、無固體顆粒、無膠質(zhì)，均可采用菱形翅片換熱器，或以菱形翅片管換熱器替代光管換熱器，提高傳熱效率。

　　三、規(guī)格型號

　　在滿足菱形翅片管使用工況要求的前提下，各種規(guī)格、形式的普通換熱器均可采用菱形翅片管作為換熱元件，以空心環(huán)支撐板作支撐組件，從而形成空心環(huán)支撐菱形翅片管式高效換熱器

　　四、空心環(huán)支撐縮放管

　　一、原理及特點

　　1、原理

　　空心環(huán)支撐縮放管換熱器是以縮放管為傳熱元件，折流板采用空心環(huán)式支撐結(jié)構(gòu)形成的一種新型高效換熱器。該換熱器的縮放管經(jīng)軋制而成,軋制后在管的軸向形成了有規(guī)律的擴張段和收縮段。與光滑管相比，在軸向流場方向，流體局部(縮段或放段)的流速和壓力形成周期性變化，使橫向湍動增強，因而可以在較小的Re數(shù)下進入湍流狀態(tài)(湍流狀態(tài)下，同一介質(zhì)間的熱交換能力增強，介質(zhì)均溫性增加，換熱管兩側(cè)表面介質(zhì)溫差加大，使換熱速度加快。)；另外，在每一波節(jié)的轉(zhuǎn)換處，由于流體速度和方向發(fā)生改變因而形成局部湍流，減少了邊界滯留底層的厚度，增大了膜傳熱系數(shù)，提高了換熱能力�？招沫h(huán)管支撐方式將支撐板的管橋變成殼程介質(zhì)的流通通道，變普通的橫向折流為縱向流，這種流動方式,流體的形體阻力非常小，可使絕大部分流體的壓降作用在強化傳熱管的粗糙傳熱界面上，用于促進界面上的對流傳熱，可充分發(fā)揮強化管的傳熱強化作用，及有效地避免了各類殼程支撐物對流體形體阻力的不利影響，在低流阻條件下獲得高的傳熱性能。

　　2、特點

　�、殴艹毯蜌こ炭赏瑫r強化傳熱

　　⑵殼程流阻小。與光滑管相比，在提高整體傳熱能力30%-50%以上時，殼側(cè)壓降僅為光滑管的50%-80%。

　�、浅�了橫向折流的死區(qū)，減少積垢，提高了使用壽命。

　�、瘸探橘|(zhì)縱向流動減少了管子振動，有效地減少了因管束振動引起的換熱管早期破壞。

　�、煽s放管的特定形狀，在波節(jié)的過渡處形成的局部湍流區(qū)對此處的換熱表面有一定的沖刷作用，因而具有良好的抗垢功能。

　�、逝c其它強化管對介質(zhì)有佷嚴的潔凈要求相比，縮放管允許流體當中含有一定量的雜質(zhì)，因而適用介質(zhì)的范圍更寬。擴產(chǎn)改造中，往往只需更換管束，便可滿足處理量增加20%-30%的新工況，設備基礎，配管均無需改動

　　二.適用場合

　　除蒸發(fā)和冷凝強化作用不明顯外，其它各種形式的換熱器均可采用空心支撐縮放管這種結(jié)構(gòu)進行強化傳熱。

　　三.規(guī)格型號

　　各種規(guī)格、形式的普通換熱器均可采用縮放管做換熱元件，以空心環(huán)支撐板做支撐組件，形成空心環(huán)支撐縮放管式高效換熱器。

　　五、鋁多孔表面?zhèn)鳠峁?/FONT>

　　一、原理及特點

　　1、原理

　　鋁多孔表面?zhèn)鳠峁苁抢�用金屬熱噴涂技術(shù)，采用含有造孔劑的鋁基粉末，在普通光管的表面制備一層鋁多孔涂層。該涂層在傳熱介質(zhì)沸騰階段，涂層中的大量微孔變成為汽泡形成的核心，由于微孔內(nèi)的汽泡處于四周受熱狀態(tài)，氣泡核迅速膨大充滿內(nèi)腔，持續(xù)受熱使氣泡內(nèi)壓力快速增大，促使氣泡從管表面細縫中急速噴出。氣泡噴出時帶有較大的沖刷力量，并產(chǎn)生一定的局部負壓，使周圍較低溫度液體涌入微孔內(nèi)，形成持續(xù)不斷的沸騰。這種沸騰方式在單位時間內(nèi)，單位表面積上帶走的熱量遠遠大于光管，因而這種管型具有較高的沸騰傳熱能力。

　　2、特點

　�、艂鳠嵯禂�(shù)高。當熱負荷鋁g=2.5-3萬大卡/米時，鋁多孔表面的沸騰給熱系數(shù)約為光滑表面的6-7倍。

　　⑵很小的溫差下維持沸騰(0.6-0.7℃)，從而大大減少傳熱的不可逆損失。

　�、莾r格合理。同類產(chǎn)品，其價格僅為進口產(chǎn)品價格的1/4左右。

　　二、應用范圍

　　化工生產(chǎn)中，工況為管外傳熱介質(zhì)有沸騰相變，管內(nèi)介質(zhì)有全部或部分冷凝相變，并且管外介質(zhì)不結(jié)垢，對鋁涂層不腐蝕，在這種場合下使用的各種換熱器中的傳熱管均可采用鋁多孔表面?zhèn)鳠峁茏鱾鳠嵩�件�?/FONT>

　　六、螺旋槽管

　　一、原理及特點

　　1、原理

　　螺旋槽管，就是普通換熱管經(jīng)軋制或用其它加工方法在其內(nèi)外表面形成螺旋槽道的一種高效換熱管形。流體在管內(nèi)流動時受螺旋槽紋的引導，靠近壁面的部分流體順槽旋轉(zhuǎn)；另一部分流體順壁面沿軸向流動時，螺旋形的凸起也使流體產(chǎn)生周期性的擾動。前一種作用有利于減薄流體邊界層；后一種作用引起邊界層中流體質(zhì)的擾動，因而可以加快壁面至流體主體的熱量傳遞。兩種作用綜合作用的結(jié)果，使管內(nèi)換熱效果得到加強。管外的強化傳熱主要體現(xiàn)在冷凝過程，當殼程有冷凝相變時，螺旋槽成為排泄凝液的通道，可使凹槽兩邊的冷凝液膜減薄，從而減少熱阻，提高冷凝給熱系數(shù)。

　　2、特點

　　⑴管內(nèi)管外可同時強化傳熱。

　�、萍庸こ杀镜�

　�、沁m用面廣。對管內(nèi)外介質(zhì)的蒸發(fā)、冷凝、氣態(tài)流傳熱、液態(tài)流傳熱均有強化作用；

　　二、適用范圍

　　適用于管外冷凝、管內(nèi)為液態(tài)流或氣態(tài)流的換熱場合。

　　七、螺旋折流板

　　一、原理及特點

　　1、原理

　　螺旋折流板換熱器就是用連續(xù)螺旋狀的支撐板支持換熱管，使殼程介質(zhì)從殼程入口進入時，沿螺旋板形成的螺旋通道斜向前進，將傳統(tǒng)的橫向折流方式變成縱向螺旋折流方式，在降低殼程阻力的同時，大大強化傳熱效果。

　　2、特點

　�、沤橘|(zhì)在殼體內(nèi)連續(xù)平穩(wěn)螺旋流動，避免了橫向折流產(chǎn)生的嚴重壓力損失，因而具有壓降低的特點。

　　⑵弓形折流板比，在同樣的壓降下，可大幅度提高殼程介質(zhì)的流速，從而提高Re，使介質(zhì)傳熱能力增大。

　�、怯跉こ探橘|(zhì)螺旋前進，因而在徑向截面上產(chǎn)生速度梯度，形成徑向湍流，使換熱管表面滯留底層減薄，有利于提高膜傳熱系數(shù)。

　�、葯M向折流方式比，不存在死區(qū)，在提高換熱系數(shù)的同時，減少污垢沉積，熱阻穩(wěn)定，可使換熱器一直處于高效運行狀態(tài)。

　�、尚�折流板對換熱管的約束要強于弓形折流板，減少了管束振動，延長設備的運行壽命。

　�、食套隼淠龘Q熱時，螺旋折流板可以起到對冷凝后的液體引流作用，減少了冷凝液體對下排管覆蓋，從而提高換熱效果。

　�、朔N換熱器和普通換熱器的區(qū)別僅在于殼程折流板的結(jié)構(gòu)，管束外觀形狀、管束和殼體的配合尺寸都不變，在檢修當中完全可以用螺旋折流板芯子替換弓形折流板式芯子，以提高換熱效果。

　　二、應用范圍

　　除管外蒸發(fā)的換熱場合，螺旋折流板式換熱器不適用外，其它各種場合均適合這種換熱器的使用。

　　三、規(guī)格型號

　　各種規(guī)格形式的普通換熱器均可采用螺旋折流板作支撐，形成螺旋折流板式換熱器。

　　八、旋流高效管殼式換熱器

　　一、原理及特點

　�、旁�理

　　旋流高效換熱器，是以傳統(tǒng)管殼式換熱器為基礎，采用螺旋扭曲橢圓形截面換熱管為換熱元件，并設計了多種特殊結(jié)構(gòu)的擋流支撐組件替代常規(guī)管殼式換熱器的折流板，其它結(jié)構(gòu)均采用常規(guī)管殼式換熱器的零部件。在旋流高效換熱器中，殼程物流在擋板支撐組件的作用下，在殼程中主要作縱向流動，殼程物流通道橫截面沿管束縱向周期性地發(fā)生變化，使殼程物流在沿螺旋扭曲的換熱管外壁縱向流動的同時，產(chǎn)生復雜的以旋轉(zhuǎn)和周期性的物流分離與混合為主要特點的強擾動；螺旋扭曲橢圓形截面換熱管內(nèi)的螺旋橢形通道使管程物流產(chǎn)生以縱向旋轉(zhuǎn)和二次旋流為主要特點的強擾動。這種結(jié)構(gòu)使管程物流和殼程物流均產(chǎn)生以旋轉(zhuǎn)為主要特征的復雜流動，獲得較強的旋轉(zhuǎn)擾動，從而較大強度地強化了傳熱過程。

　　⑵特點

　�、俟艹毯蜌こ炭赏瑫r強化加熱。

　�、趶娀瘋鳠嵝Ч�好，殼程流阻較小。旋流高效換熱器的總換熱系數(shù)一般可提高30﹪以上。

　�、凼褂脡勖�長。由于旋流高效換熱器殼程物流基本上為縱向流動，明顯的減少了管束的震動，大大降低了由于管束震動而造成的換熱管破裂等失效的可能性；同時也有效的消除了殼程物流橫向流動的“死區(qū)”，降低了積垢速率，從而延長了換熱器的使用壽命。

　　二、適用場合

　　⑴管內(nèi)管外均需強化傳熱的場合

　�、屏魉佥^低，粘度較大的介質(zhì)

　　三、規(guī)格型號

　　各種規(guī)格、形式的普通管殼式換熱器均可采用扭曲管作為換熱元件，從而形成旋流高效管殼式換熱器。

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