由上式可见,在其他条件不变时,管壳换热器壳程阻力与折流板间距的2次方成正比;而α1/ΔP3与折流板间距的-1 45次方成正比。因此如果采用这一指标来进行评价,随着折流板间距的减小,其性能持续增大,而实际使用中显然折流板间距不能过小,可见这一指标即使用于弓形折流结构下的无相变换热也并不合理。
根据上述分析,要避免折流板间距改变的影响,应该采用α1/ΔP31/3作为评价指标,这样随着壳程流体流速的改变,其综合性能并不会改变。而管壳换热器壳程强化传热研究一般以弓形折流结构下的光滑管束作为比较的参照,因此也可以采用这一指标来对其综合性能进行评价。
4 结论
(1)通过分析管壳式换热器壳程传热与阻力性能特点,说明在采用能量系数K/N来评价强化传热时,应更着眼于提高其换热性能。
(2)通过分析比较弓形折流结构无相变换热时壳程对流传热系数与壳程管束阻力的计算,表明采用α1/ΔP31/3作为评价指标,能更准确反应强化传热的性能。
(2)板式换热器
管壳换热器是由一组波纹形的平行金属板构成的,在板片的4个拐角处都有通道孔,板被夹紧在一个侧面附有连接管的固定板和活动压紧板的框架中,并用夹紧螺栓加以夹紧。这些连接管同板上的通道孔对中,并与热交换的两种液体的外部管路相连,传热板和活动压紧板悬挂在顶部承载梁的下面并由底部横梁使其对准定位。
管内的对流换热系数αi与管内流体的流动状态有极大关系,流动状态的改变可借助于提高流速,传热系数随着流速的提高而增加。但当流速提高到一定程度时,传热系数随着流速的提高而增速减慢,而换热器的压降增加幅度却很大。因此,管壳换热器在设计换热器时,可适当加大管内流速,以提高管内换热系数,强化管内传热。
2·2 壳程强化
从间壁传热原理上讲,壳程强化在提高整个换热器传热效率较管程更为有效,在无相变换热的情况下,一般壳程对流换热系数α1小于管程对流换热系数α2,所以在壳程进行强化传热的改进,可以使总传热系数K有较大提高。设计出合理的壳程流道截面,使流体按湍流或程度较高的紊流进行流动,使流体不断冲击边界层。同时,管壳换热器使截面最好能不断改变流体的流动方向,如有意识地使流道截面不间断地缩小、扩大,即使在流速较小的情况下,流体在管外也可以形成比较强烈的扰动,从而提高管外的对流换热系数。
2·2·1 管间支撑结构的改善
传统的管壳换热器大多采用单弓形隔板支撑,使流体呈“Z”形流动,该流动方式造成在隔板和壳壁相连处存在流动死区致使传热系数提高降低;流体在弓形隔板间的分离引起动量的急剧变化而造成压力的严重损失;在隔板与壳体和换热管之间,若旁路流和泄漏流现象严重将降低流体的有效质量流速。管壳换热器为了改善流体在壳侧的传热性能,相继推出一些优化结构。
复式换热器
管壳换热器兼有汽水面式间接换热及水水直接混流换热两种换热方式的设备。同汽水面式间接换热相比,具有更高的换热效率;同汽水直接混合换热相比具有较高的稳定性及较低的机组噪音。
二、管壳换热器按用途分类
1、汽水管壳换热器
汽水管壳换热器是把流体加热到必要的温度,但加热流体没有发生相的变化。
2、预热器
预热器预先加热流体,为工序操作提供标准的工艺参数。热器
3、过热器
过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
4、蒸发器
蒸发器用于加热流体,达到沸点以上温度,使其流体蒸发,一般有相的变化。
管壳换热器在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中,常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却,把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备,如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分,如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备,根据统计,管壳换热器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%,其重要性可想而知。
汽水管壳换热器
管壳换热器是一个量大而品种繁多的产品,迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展,其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力,如再强化传热,效果将更好,一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂,我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性,价格比钛材便宜,应予注意。国内在节能增效等方面改进换热器性能,提高传热效率,减少传热面积降低压降,管壳换热器提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率,使企业成本降低,效益提高。