貴州管業(yè)為您介紹纏繞管式換熱器層間距及同層管間距的確定

2019-01-25 14:50:00

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貴州管業(yè)為您介紹纏繞管式換熱器層間距及同層管間距的確定

纏繞管式換熱器是由一組或多組纏繞呈螺旋管狀的管子置于殼體之中制成的，又稱螺旋管式換熱器。他的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱面積比直管大，溫差應(yīng)力小，但管內(nèi)清洗困難，可用于較高粘度的流體加熱或冷卻。

纏繞管式換熱器不僅適用于大型石油化工工藝過程，現(xiàn)今大型氮肥國(guó)產(chǎn)化裝置也陸續(xù)制造了數(shù)臺(tái)大型纏繞管式換熱器，并取得了初步成功。纏繞管式換熱器在化工工藝流程中不僅是甲醇洗裝備的關(guān)鍵單元設(shè)備，而且還是一種節(jié)能設(shè)備，但由于該設(shè)備工藝計(jì)算復(fù)雜，制造難度大，工程技術(shù)一直被國(guó)外林德等公司壟斷，國(guó)產(chǎn)化進(jìn)展較小。

纏繞管式換熱器層間距及同層管間距的確定。

纏繞管式換熱器與傳統(tǒng)換熱器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：喘流度高，換熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊、空間利用效率高，無換熱死區(qū)。

纏繞管式換熱器之所以具備較傳統(tǒng)換熱器好的性能，在于其結(jié)構(gòu)方面的特殊。

傳統(tǒng)換熱器是浮頭式折流板換熱器，該換熱器的換熱管是光滑直管，介質(zhì)在管內(nèi)直流，在管中心部分流速快，與管內(nèi)表面接觸的部分流速慢。其特點(diǎn)如下：1、由于介質(zhì)在管內(nèi)直流，因此管內(nèi)的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較為穩(wěn)定，喘流度小，管中心的介質(zhì)在流動(dòng)過程中幾乎不會(huì)與管內(nèi)表面附近的介質(zhì)發(fā)生擾動(dòng)，不能很好的實(shí)現(xiàn)熱量由管心介質(zhì)向靠近管內(nèi)壁介質(zhì)的轉(zhuǎn)移，從而造成同一界面上，管內(nèi)表面處的溫度接近換熱管外表面的介質(zhì)溫度，而越靠近管中心，介質(zhì)溫度與換熱管外表面的介質(zhì)溫度相差越大，降低了熱交換能力。2、由于換熱管是直管，因此，換熱管的長(zhǎng)度小于殼體的長(zhǎng)度，所以換熱管的換熱面積受到限制。3、由于殼體內(nèi)設(shè)有折流板，因此根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)不難得出在換熱過程中必然存在換熱死區(qū)，以至對(duì)換熱效率造成影響。4、又由于殼體內(nèi)各間隙的換熱環(huán)境不同，故不易進(jìn)行可控條件下的多股流換熱。

纏繞式換熱器由一組或多組纏繞呈螺旋管狀的管子置于殼體之中制成的。貴州管業(yè)其纏繞特點(diǎn)為：1、任意一層相鄰兩換熱管之間的凈距相同，用s表示。2、任意相鄰兩層換熱管之間的凈距相同，用d表示。3、每一層換熱管的根數(shù)由內(nèi)層至外層的順序遞增，關(guān)鍵在于遞增的結(jié)果應(yīng)保證任意一層上、任意兩相鄰換熱管之間的間距相同。4、同一層上的螺旋狀換熱管的螺旋角應(yīng)相同，用a表示。5、任意相鄰兩層螺旋換熱管的螺旋角應(yīng)互為相反數(shù)。6、相鄰兩層螺旋換熱管之間用厚度為d的薄金屬片通過焊接的方式固定。7、內(nèi)層螺旋狀換熱管與中心柱筒之間用厚度為d/2的薄金屬片通過焊接的方式固定。8、外層螺旋狀換熱管與殼體內(nèi)壁之間用厚度為d/2的薄金屬片通過焊接的方式固定。（注：上述所提及的薄金屬片都是沿?fù)Q熱器軸向固定）

在纏繞管式換熱器的使用過程中，換熱管內(nèi)的介質(zhì)將沿著換熱管的螺旋方向流動(dòng)，殼體內(nèi)的流體將沿著同層間螺旋管所構(gòu)成的螺旋通道流動(dòng)。其換熱特點(diǎn)在于：1、由于介質(zhì)在螺旋流動(dòng)的過程中將產(chǎn)生二次環(huán)流，故殼內(nèi)及換熱管內(nèi)喘流度高，流束內(nèi)外部熱交換充分，所以熱交換能力強(qiáng)。2、由于相鄰兩層螺旋管的螺旋角為相反數(shù)，故可以大大的增強(qiáng)殼體內(nèi)相鄰兩流層的喘流度，增強(qiáng)熱交換能力。3、由于換熱管是螺旋狀纏繞的，因此換熱管的長(zhǎng)度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于換熱器的長(zhǎng)度，所以極大地增大了換熱面積。4、因?yàn)槁菪艿赖拈L(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于換熱器的長(zhǎng)度，故在介質(zhì)流速為定值的情況下，將大大的延長(zhǎng)換熱的時(shí)間，從而達(dá)到提高換熱效率的目的4、。根據(jù)纏繞管式換熱器的布局特點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)殼體內(nèi)任一空隙位置的換熱環(huán)境均相同（殼體內(nèi)任一空隙位置的大小相同），故可以在已知的情況下進(jìn)行多股流的熱交換。

介質(zhì)在螺旋狀流道內(nèi)熱交換的優(yōu)點(diǎn)在上述段落內(nèi)已提及，但如何達(dá)到介質(zhì)做螺旋流道流動(dòng)的目的需要對(duì)同層管間距d與相鄰層間距s進(jìn)行具體的分析。

對(duì)于相鄰層管間距d的取值判定，首先要意識(shí)到當(dāng)d值足夠大時(shí)，殼內(nèi)介質(zhì)將做直流流動(dòng)，因此d值越小，越有利于實(shí)現(xiàn)螺旋流道式流動(dòng)。其中，當(dāng)d=0，即相鄰層螺旋管直接焊在一起時(shí)達(dá)到螺旋流道流動(dòng)的效果，但是直接將管道焊在一起，將會(huì)對(duì)換熱管的強(qiáng)度造成影響，以至不能適應(yīng)高壓工況下的換熱。除上述所說的對(duì)換熱管道強(qiáng)度造成影響之外，由于過流面積的減小，還會(huì)大大的增大殼內(nèi)介質(zhì)的動(dòng)能損失，不適宜高粘度的流質(zhì)換熱，所以螺旋管層層之間必須通過金屬片來固定。金屬片的厚度受到工業(yè)焊接水平的限制，西方發(fā)達(dá)國(guó)家的纏繞式換熱器的d值取2mm。

對(duì)于同層管間距s的取值應(yīng)依據(jù)相鄰層管間距d的取值判定，其要求在于，s的取值應(yīng)不至于導(dǎo)致介質(zhì)做螺旋流道流動(dòng)的阻力大于其直流的阻力，滿足此要求的s值中，必然存在一個(gè)z小值，該值可使同層間換熱管排列緊湊。s值的z終確定應(yīng)在滿足不小于z小值的條件下由具體換熱要求確定。

需要強(qiáng)調(diào)的是，在纏繞管式換熱器中，任意一根換熱管的長(zhǎng)度都相同。其次便是，介質(zhì)的流動(dòng)方向是沿著阻力損失小的流道流動(dòng)的，而絕非是沿著z短的流道流動(dòng)，故介質(zhì)螺旋流動(dòng)換熱的關(guān)鍵在于如何實(shí)現(xiàn)做螺旋流動(dòng)的阻力損失小于做直流流動(dòng)的阻力損失，即z終取絕于相鄰層管間距d與同層管間距s。

雖然上述所說的比較簡(jiǎn)單，但事實(shí)上，如何合理的選取d、s值需要在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上才能確定。實(shí)驗(yàn)應(yīng)針對(duì)在不同的溫度、不同的壓力條件下對(duì)不同的介質(zhì)進(jìn)行，從而在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，貴州管業(yè)得出不同介質(zhì)在不同溫度、不同壓力的條件下d值與s值的關(guān)系，并做成特定的表格，以便于不同應(yīng)用環(huán)境中纏繞管式換熱器的設(shè)計(jì)。

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