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：3471

　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。其結構特點是在管外表面形成一系列螺旋環(huán)狀T型隧道。管外介質受熱時在隧道中形成一系列的氣泡核，由于在隧道腔內處于四周受熱狀態(tài)，氣泡核迅速膨大充滿內腔，持續(xù)受熱使氣泡內壓力快速增大，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，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���。在R113工質中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，只有當熱介質的溫度高于冷介質的沸點或泡點12℃-15℃時，冷介質才會起泡沸騰。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��11為介質的單管實驗表明，T型管沸騰給熱系數(shù)可達光管的10倍；以液氨為介質的小管束實驗結果，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。

　�、捎捎谒淼纼炔康臍庖簲_動非常激烈以及氣體沿T縫高速噴出，因而無論是T型槽內部還是管外表面，都不易結垢，這一點保證了設備能長期使用而傳熱效果不會受到結垢的影響。

　　二、應用場合

　　只要殼側介質比較干凈、無固體顆粒、無膠質，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，其結構如圖所示：

　　這種管型的強化作用是在管外。對介質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

　　只要殼側介質比較干凈、無腐蝕、不結垢，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、技術原理及特點

　�、旁���

　　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)式支撐結構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構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)或對流膜傳熱系數(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。只要殼側介質比較干凈、無固體顆粒、無膠質，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)式支撐結構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，同一介質間的熱交換能力增強，介質均溫性增加，換熱管兩側表面介質溫差加大，使換熱速度加快。)；另外，在每一波節(jié)的轉換處，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

　�、茪こ塘髯栊�。與光滑管相比，在提高整體傳熱能力30%-50%以上時，殼側壓降僅為光滑管的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|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，因而適用介質的范圍更寬。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構進行強化傳熱。

　　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，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，由于微孔內的汽泡處于四周受熱狀態(tài)，氣泡核迅速膨大充滿內腔，持續(xù)受熱使氣泡內壓力快速增大，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，形成持續(xù)不斷的沸騰。這種沸騰方式在單位時間內，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。

　�、坪苄〉臏夭钕戮S持沸騰(0.6-0.7℃)，從而大大減少傳熱的不可逆損失。

　　⑶價格合理。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有沸騰相變，管內介質有全部或部分冷凝相變，并且管外介質不結垢，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外表面形成螺旋槽道的一種高效換熱管形。流體在管內流動時受螺旋槽紋的引導，靠近壁面的部分流體順槽旋轉；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果，使管內換熱效果得到加強。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

　�、殴軆裙芡饪赏瑫r強化傳熱。

　�、萍庸こ杀镜�

　�、沁m用面廣。對管內外介質的蒸發(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|在殼體內連續(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的流速，從而提高Re，使介質傳熱能力增大。

　　⑶于殼程介質螺旋前進，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)。

　　⑷橫向折流方式比，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。

　　⑹程做冷凝換熱時，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構，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

　　⑴原理

　　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構的擋流支撐組件替代常規(guī)管殼式換熱器的折流板，其它結構均采用常規(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的螺旋橢形通道使管程物流產(chǎn)生以縱向旋轉和二次旋流為主要特點的強擾動。這種結構使管程物流和殼程物流均產(chǎn)生以旋轉為主要特征的復雜流動，獲得較強的旋轉擾動，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

　�、殴軆裙芡饩�需強化傳熱的場��

　　⑵流速較低，粘度較大的介質

　　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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